正火控冷工藝對(duì)Q370QE鋼板組織和性能的影響

陳尹澤 李 娜 王立群 宋立偉 徐 博

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

正火控冷工藝對(duì)Q370QE鋼板組織和性能的影響

陳尹澤 李 娜 王立群 宋立偉 徐 博

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

采用正火控冷試驗(yàn)研究Q370qE鋼板的生產(chǎn)工藝，結(jié)合力學(xué)試驗(yàn)和金相組織研究正火控冷工藝對(duì)Q370qE鋼板組織和性能的影響，結(jié)果表明：鋼板強(qiáng)度隨冷卻速度的增加和終冷溫度的降低而增加，當(dāng)冷卻速率在8 ℃/s～14 ℃/s時(shí)，終冷溫度在600 ℃～660 ℃之間，屈服強(qiáng)度增加約10 MPa～50 MPa，抗拉強(qiáng)度增加約0 MPa～20 MPa，組織為細(xì)化的鐵素體和珠光體，滿足橋梁鋼所需的力學(xué)性能、沖擊性能和焊接性能。

Q370qE 正火控冷 冷卻速率

0 前言

熱處理是生產(chǎn)高性能和高附加值鋼板的重要工序，不僅可以改進(jìn)鋼板的加工性能，而且能顯著改善鋼板的力學(xué)性能。其中，正火熱處理是提高鋼板韌性、改善鋼板組織的重要工藝手段。常規(guī)中厚板正火后的冷卻通常采用空冷方式，相變溫度較高，鐵素體晶粒粗大，導(dǎo)致鋼板屈服強(qiáng)度大幅度降低，甚至達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。

中厚板軋后加速冷卻(ACC)工藝是通過(guò)控制鋼板的軋后冷卻速度和終冷溫度以達(dá)到改善鋼材的組織和性能、進(jìn)一步提高鋼材的韌性和獲得較好的綜合力學(xué)性能的冷卻工藝。借鑒軋制后加速冷卻原理，通過(guò)控制正火后的冷卻速度，降低鋼板的相變溫度，控制相變類型，細(xì)化相變組織，也可以抑制微合金元素碳氮化物的長(zhǎng)大，使其低溫彌散析出，從而提高鋼材的強(qiáng)度，保持鋼材的韌性不降低，使鋼板獲得良好的綜合力學(xué)性能[2]。

安鋼正火熱處理產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常規(guī)正火后的鋼板，對(duì)比熱軋性能，屈服強(qiáng)度下降10 MPa～40 MPa，抗拉強(qiáng)度下降10 MPa～40 MPa，延伸率和沖擊韌性等加工性能有所提高。Q370qE正火后強(qiáng)度指標(biāo)偏低，針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)開發(fā)淬火機(jī)低壓段冷卻模式，適度控制鋼板正火后的冷卻速度，以提高鋼板強(qiáng)度，獲得良好的綜合力學(xué)性能。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用材料為安鋼爐卷機(jī)組生產(chǎn)的20 mm～25 mm Q370qE鋼板，鋼板采用控制軋制+控制冷卻工藝生產(chǎn)，其化學(xué)成分見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

表1 試驗(yàn)鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

Q370qE的Ac3溫度為870 ℃，正火溫度定為900 ℃，正火時(shí)間采用1.4 h+10 min，確保晶粒細(xì)化、均勻。正火后控冷工藝設(shè)備采用淬火機(jī)，關(guān)閉冷卻水高壓段，將冷卻效果集中在低壓段。根據(jù)鋼種、規(guī)格確定開啟組數(shù)、流量、水比和輥道速度，鋼板冷卻速率控制在8 ℃/s～12 ℃/s。最終使鋼板“返紅”(由于心部溫度高， 表面溫度有一定程度回升) 溫度達(dá)到600 ℃～650 ℃后自然冷卻。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 冷卻速率對(duì)Q370qE鋼板性能的影響

冷卻速率是正火控冷工藝中最重要的參數(shù)。NAC工藝通過(guò)開啟組數(shù)、上水流量和輥道速度來(lái)控制冷卻速度。不同冷卻速率對(duì)Q370qE鋼板力學(xué)性能的影響如圖1所示，不同冷卻速率下的金相組織如圖2所示。

圖1 鋼板不同冷卻速率對(duì)性能的影響

從圖1可知，材料強(qiáng)度隨著冷卻速率的增加而增加。冷卻速率≤10 ℃/s時(shí)，對(duì)Q370qE屈服強(qiáng)度值提高10 MPa～20 MPa，抗拉強(qiáng)度提高0 MPa～10 MPa，冷卻速率10 ℃/s～15 ℃/s時(shí)，屈服強(qiáng)度提高30 MPa～50 MPa,抗拉強(qiáng)度提高10 MPa～20 MPa，當(dāng)冷卻速率≥15 ℃/s時(shí)，終冷溫度溫度較低，屈服強(qiáng)度提高50 MPa～70 MPa,抗拉強(qiáng)度提高15 MPa～35 MPa。

圖2為不同冷速下的金相組織，在冷卻速度為8 ℃/s～10 ℃/s時(shí)，金相組織為鐵素體+珠光體；冷卻速率為10 ℃/s～14 ℃/s時(shí)，金相組織為多邊形鐵素體+少量針狀鐵素體+珠光體；冷卻速率為≥15 ℃/s時(shí)，金相組織為多邊形鐵素體+貝氏體+馬氏體+少量珠光體，由于組織中貝氏體、馬氏體的增加，導(dǎo)致強(qiáng)度大幅提升、延伸率大幅下降。NAC后晶粒度與正火相比晶粒度提高1.5～2級(jí)，與熱軋相比，晶粒度提高2～2.5級(jí)。

(a)8 ℃/s

(b)12 ℃/s

(c)17 ℃/s

圖2 鋼板不同冷卻速率的金相組織

綜上可知，當(dāng)冷卻速度在8 ℃/s～14 ℃/s時(shí)，屈服強(qiáng)度增加約10 MPa～50 MPa，抗拉強(qiáng)度增加約0 MPa～20 MPa，鋼板組織均勻，綜合性能較好。

2.2 終冷溫度對(duì)Q370qE鋼板性能的影響

終冷溫度涉及鋼板的組織轉(zhuǎn)變溫度，不同的組織和晶粒度，都與鋼板的性能有關(guān)。

隨著終冷溫度的降低，Q370qE鋼板強(qiáng)度逐漸增加。當(dāng)終冷溫度>700 ℃時(shí)，NAC工藝對(duì)Q370qE鋼板強(qiáng)度的改善不明顯。當(dāng)終冷溫度降至600 ℃～660 ℃時(shí)，組織為鐵素體+珠光體，隨終冷溫度的降低，晶粒逐漸細(xì)化，Q370qE鋼板強(qiáng)度提高，延伸率略有下降。隨著終冷溫度進(jìn)一步 降低至550℃～600℃時(shí)，形成貝氏體+馬氏體+多邊形鐵素體組織，Q370qE鋼板鋼板強(qiáng)度增加明顯，延伸率急劇下降。鋼板在不同終冷溫度下的金相組織如圖3所示。

(a) 640 ℃

(b) 560 ℃

綜上可知，終冷溫度應(yīng)控制在600 ℃～660 ℃之間，組織為細(xì)化的鐵素體和珠光體，韌塑性良好。該溫度區(qū)間一方面通過(guò)大冷速提高鐵素體形核率，抑制晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒；另一方面確保室溫組織為F+P，滿足橋梁鋼所需的力學(xué)性能、沖擊性能和焊接性能。

3 結(jié)論

(1)正火后合理的控制冷卻工藝可以有效提高Q370qE鋼板性能。

(2)材料強(qiáng)度隨著冷卻速率的增加而增加。當(dāng)冷卻速度在8 ℃/s～14 ℃/s時(shí)，屈服強(qiáng)度增加約10 MPa～50 MPa，抗拉強(qiáng)度增加約0 MPa～20 MPa，鋼板組織均勻，綜合性能較好。

(3)終冷溫度應(yīng)控制在600 ℃～660 ℃之間，組織為細(xì)化的鐵素體和珠光體，滿足橋梁鋼所需的力學(xué)性能、沖擊性能和焊接性能。

[1] 高立福. 萊鋼寬厚板正火控冷工藝的開發(fā)與應(yīng)用[J].山東冶金 ，2015,37(5):10-12.

[2] 彭賓，王紹祿，王杰，等.中厚板正火后控冷工藝的研究與應(yīng)用[J].寬厚板， 2010,16(2):13-15.

EFFECT OF NORMALIZING AND CONTROLLED COOLING ON THE MICROSTRUCTURE AND PERFORMANCE OF Q370QE STEEL PLATES

Chen Yinze Li Na Wang Liqun Song Liwei XuBo

( Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd )

Studies are implemented on the production process of Q370qE steel plate by means of normalizing and controlled cooling test and the effect of normalizing and controlled cooling process on the microstructure and properties of Q370qE steel plate by means of mechanical tests and metallographic structure examination．The results show that the strength of the steel plate increases with water cooling rate and the decrease of final cooling temperature． When the cooling speed within 8 ℃～14 ℃/s, final cooling temperature is between 600 ℃～660 ℃, the yield strength increases about 10 MPa～50 MPa, about 0 MPa～20 MPa tensile strength increased, organization for the refinement of ferrite and pearlite, meet the required mechanical properties and impact properties of bridge steel and welding performance.

Q370qE Normalizing controlled cooling system Cooling rate

澤，工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

2017-1-10