610 MPa級(jí)水電鋼減量化生產(chǎn)工藝研究

李新玲，應(yīng)傳濤，叢津功，喬馨，王若鋼（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口115007）

研究與開發(fā)

610 MPa級(jí)水電鋼減量化生產(chǎn)工藝研究

李新玲，應(yīng)傳濤，叢津功，喬馨，王若鋼
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口115007）

為降低610 MPa級(jí)水電鋼的生產(chǎn)成本，鞍鋼鲅魚圈厚板部5500生產(chǎn)線采用降低合金成分，以“TMCP+回火”的工藝方式代替常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)。通過對(duì)TMCP及回火工藝研究發(fā)現(xiàn)，提高鋼板入水溫度及返紅溫度可提高產(chǎn)品力學(xué)性能，改善鋼板板形；采用合理的回火工藝，可進(jìn)一步提高產(chǎn)品屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

水電鋼；低合金；回火工藝

熱軋鋼材控軋控冷工藝（TMCP）是保證鋼材強(qiáng)韌性的核心技術(shù)，它的基本冶金學(xué)原理是在未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行大壓下，增加累計(jì)變形量以促進(jìn)微合金元素的應(yīng)變誘導(dǎo)析出，實(shí)現(xiàn)奧氏體晶粒的細(xì)化；軋后采用加速冷卻，對(duì)奧氏體相變進(jìn)程進(jìn)行控制，促使產(chǎn)品快速完成相變過程，獲得晶粒細(xì)小的顯微組織［1］，在提高產(chǎn)品強(qiáng)度的同時(shí)，還能獲得良好的韌性。

低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度低合金水電鋼AY610D采用低碳、微合金化的成分設(shè)計(jì)，通過合理的調(diào)質(zhì)熱處理或“TMCP+回火”的工藝模式，可獲得優(yōu)良的組織結(jié)構(gòu)，從根本上保證了其具有優(yōu)良的焊接性能和低溫韌性，綜合性能優(yōu)良。鞍鋼自2004年成功開發(fā)出610 MPa級(jí)水電鋼以來，先后采用調(diào)質(zhì)熱處理工藝及“TMCP+回火”工藝實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)及批量供貨。2010年以來，鞍鋼通過工藝評(píng)價(jià)，采用合金元素減量化，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列回火工藝研究，制定出優(yōu)化的“TMCP+回火”工藝，通過批量工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品強(qiáng)韌性配比良好，屈服強(qiáng)度達(dá)到590 MPa以上，抗拉強(qiáng)度超過670 MPa，-20℃沖擊功超過200 J，綜合性能優(yōu)良。

1　成分及工藝設(shè)計(jì)

1.1化學(xué)成分設(shè)計(jì)及力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)

鞍鋼減量化水電鋼AY610D采用 “TMCP+回火”的工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)，厚度規(guī)格主要為50 mm及以下，此次成分設(shè)計(jì)主要是在原有成分的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低Mo、V元素含量，既能提高產(chǎn)品再結(jié)晶溫度，實(shí)現(xiàn)未再結(jié)晶區(qū)高溫軋制，又減少了合金元素的添加量，有效確保了減量化水電鋼的產(chǎn)品性能。表1為AY610D減量化后的主要化學(xué)成分，表2為水電鋼的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)。

表1　減量化水電鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2　水電鋼的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)

1.2回火工藝與性能變化趨勢(shì)研究

為研究TMCP狀態(tài)下的鋼板經(jīng)回火后組織和性能變化情況，選取部分TMCP態(tài)試樣（42 mm厚）在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行不同系列的回火試驗(yàn)，回火時(shí)間與實(shí)際生產(chǎn)中保持一致，回火溫度采用550、590、610、620、630、650、670、690℃共8個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行回火實(shí)驗(yàn)。系列回火前后性能結(jié)果顯示，各項(xiàng)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。回火溫度與屈服、抗拉強(qiáng)度值的變化曲線見圖1。從圖1可以看出，TMCP態(tài)屈服及抗拉強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，富余量超過30 MPa?；鼗鸷笱由炻饰窗l(fā)生明顯變化，但屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均得到不同程度的提高，其中屈服強(qiáng)度的升高幅度大于抗拉強(qiáng)度的升高幅度。從圖1還看出，在550～690℃的溫度區(qū)間回火，隨回火溫度的升高，強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。但強(qiáng)度值總體上均較TMCP態(tài)有所增加，其中屈服強(qiáng)度增幅（最高83 MPa）高于抗拉強(qiáng)度增幅（最高43 MPa），且回火后屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度最高值均出現(xiàn)在610℃，當(dāng)溫度達(dá)到620℃時(shí)，屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度值均出現(xiàn)快速回落，690℃時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)。后續(xù)沖擊試驗(yàn)結(jié)果也顯示，當(dāng)回火溫度達(dá)到600～650℃時(shí)，沖擊功均在200 J以上，強(qiáng)韌性配比良好，說明在610～620℃左右進(jìn)行回火，得到的產(chǎn)品綜合性能良好，富余量充足，完全符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1　不同回火溫度下力學(xué)性能變化趨勢(shì)

為研究回火前后鋼板內(nèi)部組織變化情況，對(duì)回火前后試樣進(jìn)行了金相組織檢驗(yàn)，圖2為回火前后試驗(yàn)鋼1/4厚度的金相組織圖片。

圖2　不同回火溫度下的顯微組織

從圖2可以看出，TMCP態(tài)顯微組織基體以鐵素體和貝氏體為主，基體上彌散分布著M/A島、珠光體等細(xì)小組織，晶粒整體上比較細(xì)小；590℃回火后，細(xì)小M/A島、珠光體基本分解消失，晶界變的更為清晰，基體組織較回火前要更均勻，表現(xiàn)出屈服強(qiáng)度明顯升高；610℃回火后，貝氏體組織變的更加均勻，顯微組織更加清晰，分析認(rèn)為：回火過程中碳原子在晶界偏聚［2］，部分二相粒子也在晶界處彌散析出，導(dǎo)致屈服及抗拉強(qiáng)度明顯提升；當(dāng)回火溫度進(jìn)一步升高時(shí)，晶粒出現(xiàn)粗化趨勢(shì)，強(qiáng)度有所降低。

1.3工藝路線制定及工業(yè)化試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在目前厚板部5500生產(chǎn)線尚無預(yù)矯直機(jī)的情況下，既要保證產(chǎn)品力學(xué)性能，又要提高鋼板熱矯直板形，因此需要對(duì)控冷工藝進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)提高鋼板的入水及返紅溫度，降低鋼板熱矯直時(shí)的變形抗力，是適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的主要首選方案。

2　減量化水電鋼AY610D的工業(yè)化生產(chǎn)

2.1工業(yè)化試制

通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果，參照成分減量化前的工藝，適當(dāng)提高鋼板入水及返紅溫度，試制期間，精軋階段開軋溫度控制在930℃以下，終軋保證在850℃以上，提高鋼板入水溫度至800～850℃，返紅溫度目標(biāo)值≥550℃。

經(jīng)過首批試制，對(duì)鋼板不同狀態(tài)進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示，TMCP態(tài)性能均滿足產(chǎn)品要求，但部分力學(xué)檢驗(yàn)值富余量不大，經(jīng)610～630℃回火后，屈服及抗拉均呈不同程度的增高，富余量較大，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。表3為部分檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表3　部分檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表3可以看出，TMCP態(tài)拉伸性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但部分試樣的抗拉富余量不是很大，經(jīng)回火后屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)不同幅度的上升，其中屈服強(qiáng)度平均增加46 MPa，抗拉強(qiáng)度平均增加40 MPa?；鼗鸷罅W(xué)性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，后續(xù)的低溫沖擊檢驗(yàn)結(jié)果顯示，-20℃沖擊功均值也超過了240 J，完全達(dá)到了工藝方案的設(shè)計(jì)要求。證明此次工藝方案可行，具備批量化工業(yè)生產(chǎn)的條件，減量化生產(chǎn)工藝開發(fā)成功。

2.2批量工業(yè)化生產(chǎn)

2013年至2014年年底，鲅魚圈厚板部5500生產(chǎn)線在試制工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化工藝，前后共生產(chǎn)某水電項(xiàng)目用鋼AY610D共7000余噸，厚度規(guī)格為32～50 mm，批量工業(yè)化生產(chǎn)及供貨結(jié)果顯示，一次性能合格率達(dá)到100%，一次板形合格率超過92%。近兩年的批量化生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，產(chǎn)品最終力學(xué)性能穩(wěn)定，屈服強(qiáng)度范圍為580～630 MPa，抗拉強(qiáng)度范圍為660～690 MPa，延伸率≥23%，-20℃沖擊功≥240 J。目前厚板部已完成50 mm及以下厚度規(guī)格水電鋼的減量化工藝開發(fā)、優(yōu)化及固化工作，產(chǎn)品工藝性能穩(wěn)定，強(qiáng)韌性指標(biāo)配比優(yōu)良，具備全天候批量化生產(chǎn)供貨的能力。

3　結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化試制結(jié)果表明，鞍鋼鲅魚圈5500生產(chǎn)的TMCP水電鋼AY610D經(jīng)適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に嚭?，屈服、抗拉?qiáng)度均有不同程度的提高，強(qiáng)韌性指標(biāo)配比良好。

（2）“TMCP+回火”工藝生產(chǎn)水電鋼AY610D，精軋開軋溫度控制在940℃以下，終軋控制在850℃以上，鋼板入水溫度保證在750～850℃，返紅溫度為530～600℃，生產(chǎn)出的鋼板板形良好，產(chǎn)品性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）鞍鋼鲅魚圈厚板部具備穩(wěn)定生產(chǎn)50 mm及以下厚度規(guī)格減量化水電鋼AY610D的能力，回火后屈服強(qiáng)度為580～630 MPa，抗拉強(qiáng)度為660～690 MPa，延伸率≥23%，-20℃沖擊功≥240 J。

［1］王國(guó)棟.新一代TMCP技術(shù)的發(fā)展［J］.軋鋼，2012，29（1）：1-3.

［2］孫明君，陳軍平，王曉強(qiáng)，等.超快冷條件下610 MPa水電鋼減量化工業(yè)試制［J］.鞍鋼技術(shù)，2013，379（1）：59-62.

（編輯 袁曉青）

Study on Process for Producing Lightweight 610 MPa Grade Hydropower Steel

Li Xinling，Ying Chuantao，Cong Jingong，Qiao Xin，Wang Ruogang
（Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.，Ltd.，Yingkou 115007，Liaoning，China）

In order to reduce the cost of producing 610 MPa grade hydropower steel，this kind of steel was produced by application of the"TMCP plus tempering"technology in the 5500 production line in Heavy Plate Mill of Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.，Ltd.instead of the conventional quenching and tempering technology based on reduction of alloying elements.By studying the TMCP plus tempering technology，it was found that the mechanical properties of products and their plate shape can be improved by increasing the temperature of feeding the steel plates into cooling water and self-tempering temperature.At the same time both the yield strength and tensile strength of the products can also be improved by using the suitable tempering process.

hydropower steel；low alloy；tempering process

TG142

A

1006-4613（2016）04-0032-03

李新玲，高級(jí)工程師，2001年畢業(yè)于佳木斯大學(xué)金屬材料及熱處理專業(yè)。E-mail：lixinlinggled@163.com

2016-05-10