Q550D低合金高強度調(diào)質(zhì)鋼工藝優(yōu)化研究

劉洋洋

摘 要：Q550D低合金高強鋼是目前應(yīng)用最為廣泛的高強調(diào)質(zhì)鋼品種，性能指標(biāo)的穩(wěn)定性直接影響軋鋼廠的經(jīng)濟效益。僅在影響產(chǎn)品強度性能方面展開說明，闡述影響強度指標(biāo)的因素和后續(xù)工藝優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：Q550D低合金高強鋼；調(diào)制；工藝性能

RESEARCH ON PROCESS OPTIMIZATION OF Q550D LOW ALLOY HIGH STRENGTH QUENCHED AND TEMPERED STEEL

Liu Yangyang

（Shandong Steel Rizhao Co.， Ltd.? ? Rizhao? ? 276800，China）

Abstract：Q550D low alloy high-strength steel is currently the most widely used variety of high-strength quenched and tempered steel， and the stability of performance indicators directly affects the economic benefits of rolling mills. This article only elaborates on the factors that affect the strength performance of the product and the subsequent process optimization measures.

Key words： Q550D low alloy high-strength steel; modulation; process performance

0? ? 前? ? 言

Q550D是目前應(yīng)用最為廣泛的低合金高強鋼，也是工藝優(yōu)化重點解決的對象和研究方向。本文通過對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的性能異議進行分析，對化學(xué)成分、軋制及水冷工藝、調(diào)質(zhì)工藝及后續(xù)組織進行分析、觀察，研究了生產(chǎn)工藝和性能的關(guān)系，確定了生產(chǎn)條件下合適的軋制、調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)，使鋼板獲得最佳的組織和性能，滿足了強度和沖擊韌性要求。

1? ? 檢驗性能對比

從表1指標(biāo)對比可以看出，四個批次樣品的檢驗性能與規(guī)定性能存在明顯差異。因此，排除檢測誤差影響，重點從化學(xué)成分、軋制工藝參數(shù)控制等方面進行探討。

2? ? 化學(xué)成分

經(jīng)化驗得出，以上四個爐次的熔煉成分如表2所示。

第一爐次為替代軋制，其余爐次為正常的爐次，替代軋制的爐次的Mn、Cr含量高，工藝進行了微調(diào)。從成分來看，除替代軋制的爐次外，其余控制正常，主要合金成分均在目標(biāo)范圍內(nèi)，因此可以初步排除成分異常引起的性能不合。

經(jīng)對以上四個批次重新取樣后，化驗成分如表3所示。從成分來看，C含量在下限，四個批次樣品成分均符合內(nèi)控要求。

3? ? 軋制及水冷工藝

四個批次樣品冷卻情況如表4所示。

1）批次1的開冷溫度偏低11 ℃，正常批次的開冷溫度均值應(yīng)該達到750 ℃以上。終冷溫度設(shè)定580 ℃，實際溫度577 ℃，滿足要求。查該批次未有熱處理挽救的記錄，分析該批次工藝成分，其性能不合的原因為：a.開冷溫度控制的偏低；b.替代軋制工藝不成熟，導(dǎo)致實際性能不合；c.該鋼板性能與其他性能差異大，取樣鋼板代表的性能不真實。

2）批次2開冷溫度及終冷溫度均控制正常，開冷溫度753 ℃，終冷溫度475 ℃。查該批次鋼板經(jīng)過熱處理飄曲挽救，而該支鋼板恰恰為取樣板。因此該批次性能不合的原因為飄曲挽救后未取樣檢驗，導(dǎo)致最終性能不合。

3）批次3開冷溫度及終冷溫度均控制正常，不存在冷卻異常。查熱處理挽救記錄，無該批次的挽救記錄。對比檢驗性能，初驗結(jié)果基本一致，因此分析其性能不合原因如下：a.鋼板冷卻不均勻，存在溫度高點，導(dǎo)致性能異常，強度偏低；b.該鋼板性能不能全部反應(yīng)鋼板實際性能，實際鋼板為不合格鋼板。

4）批次4工藝執(zhí)行正常，開冷溫度755 ℃，終冷溫度489 ℃，但對比規(guī)定性能強度偏低，查該批次存在熱處理挽救，因此分析此批次性能不合的原因為鋼板冷卻不均勻，存在溫度高點。

4? ? 原因分析及問題

通過對鋼板化學(xué)成分、軋制工藝和金相組織的分析，精軋終軋溫度過低，試樣基體組織為F+P，進入兩相區(qū)軋制而形成沿晶界連續(xù)分布的鐵素體網(wǎng)及混晶組織，從1/4厚度處到中心部位的晶粒尺寸差別較大，大小晶粒夾雜分布，細晶和粗晶的晶粒度級別相差約2級～4級，存在明顯的混晶現(xiàn)象。在拉伸試驗中，混晶組織會影響位錯在晶粒間的作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中，顯著惡化產(chǎn)品的塑性，這是導(dǎo)致塑性延伸強度不合的直接原因。根據(jù)終軋溫度確定，鋼板在軋制過程中處于部分再結(jié)晶溫度區(qū)間軋制生產(chǎn)，這是造成鋼板的性能不合的主要原因[1]。

生產(chǎn)實踐表明，低合金高強鋼在淬火時，淬火溫度對試驗鋼中析出穩(wěn)定逆轉(zhuǎn)變奧氏體的數(shù)量有不同程度的影響，當(dāng)出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，易造成馬氏體粗大，回火后低溫沖擊韌性明顯降低。而在采用高溫回火后，沖擊韌性顯著降低的例證很多，鋼中析出穩(wěn)定逆奧的量最多，而鋼的亞溫未溶鐵素體呈細小均勻分布，兩相區(qū)熱處理能很大程度改善回火穩(wěn)定性，對提高韌性有積極作用[2]。

分析各元素對回火過程中析出相以及淬透性的影響，加之考慮淬透性、強韌性以及焊接性，采用熱膨脹法，測得本批次鋼板相變點、靜態(tài)CCT曲線和動態(tài)CCT曲線，獲得不同冷卻速率與微觀組織的關(guān)系（模擬狀態(tài)）。經(jīng)過對過程工藝、成分及熱處理挽救記錄取樣板的對比分析，結(jié)合鏡像分析（見圖1），造成以上四批次性能不合的原因為：

1）替代軋制的鋼板工藝不成熟，薄代厚制定的軋制及水冷工藝不能滿足性能要求。

2）熱處理飄曲挽救后未進行取樣檢驗，導(dǎo)致性能異常。

3）工藝正常，實際鋼板冷卻不均勻，存在溫度高點，實際取樣未取溫度高點位置，導(dǎo)致強度偏低。

4）取送樣不規(guī)范，復(fù)驗樣條不真實，初驗結(jié)果不合，復(fù)驗結(jié)果差距巨大。

5）工藝控制不穩(wěn)定，開冷溫度偏低。

5? ? 調(diào)質(zhì)挽救

經(jīng)過淬火和低溫回火處理后，組織為回火馬氏體，低溫回火主要目的是保留了馬氏體板條組織。低溫回火后，析出馬氏體的相形態(tài)主要有短棒狀和球狀，尺寸分布在5～50 nm。調(diào)質(zhì)態(tài)高強鋼由于低溫回火，避免了碳化物的長大。強度主要源于鋼中含有原奧氏體晶界、馬氏體包、馬氏體束和馬氏體板條多層次結(jié)構(gòu)，以及馬氏體結(jié)構(gòu)中高密度位錯和納米級的碳化物析出相[3]。

隨著淬火溫度的提高，溶解于基體中的碳化物數(shù)量逐漸增加，導(dǎo)致淬火后組織中的碳及合金元素的飽和度增加，經(jīng)高溫回火處理后析出的碳化物數(shù)量和彌散度增加，有利于提高鋼的強韌性。此外，由于溶入基體的碳化物（Mo、Cr等碳化物）對抑制晶粒生長有很強的作用，隨著淬火溫度的提高，Mo、Cr等碳化物的數(shù)量減少不利于抑制晶粒生長，導(dǎo)致了奧氏體晶粒逐漸粗大，因此，淬火后形成的馬氏體板條束尺寸變大，致使鋼的強韌性降低。由此可知，試驗鋼的固溶強化、析出強化與晶粒粗化導(dǎo)致強度弱化的交互作用，使得試驗鋼在900 ℃淬火后性能趨于一致[4]。

基于以上研究發(fā)現(xiàn)，為避免因淬火溫度升高導(dǎo)致奧氏體晶粒增大，淬火溫度控制在890～920 ℃。第一次挽救時，調(diào)質(zhì)工藝采用910 ℃、1.8系數(shù)淬火，470 ℃、2.2系數(shù)回火后，屈服強度、抗拉強度低于標(biāo)準(zhǔn)下限。性能檢驗情況如表5所示。

第一次挽救，以上批次性能全部不合格，其中批次4瓢曲挽救。研究表明，低碳鋼板以及同一塊鋼坯經(jīng)不同階段軋制冷卻后，沿晶界和亞晶界會析出的許多細小氧化物和硫化物粒子，而氧化物與硫化物沉淀粒子可阻礙晶粒長大，避免晶粒粗大，而有益的微量元素在晶界偏聚可以通過阻礙晶界遷移和降低γ-α轉(zhuǎn)變溫度而起到細化晶粒的作用[5]。但第一次試驗表明，本次熱處理后，晶粒未得到細化或細化效果不明顯。初步判斷是鋼板原始組織粗大，影響了第一次淬火細化晶粒的作用。

因此，第二次挽救時，鑒于前期低碳Q550D的挽救方式和性能情況，該批次主要存在C低，Mn含量偏低，按照910 ℃、1.8系數(shù)淬火+925 ℃、2.2系數(shù)淬火進行挽救。通過沉淀和偏聚效應(yīng)，使晶界處少量碳化物均勻彌散至晶粒，有效降低了晶粒尺寸，使二次挽救后鋼板強度與塑性同時提高，經(jīng)后續(xù)送樣檢測，兩種工藝性能全部達標(biāo)。

6? ? 改進措施

1）制定規(guī)范的熱處理飄曲挽救流程，挽救后進行性能檢驗，避免類似事件的發(fā)生。

2）加強替代軋制的工藝研究。確保替代軋制工藝成功率。

3）進行取樣規(guī)范，初驗復(fù)驗必須同一樣條，避免假樣、混樣。

4）加強水冷均勻性控制，提高冷卻均勻性。

5）加強熱軋工藝控制，提高終軋溫度、終冷溫度命中率，避免工藝異常導(dǎo)致的性能異常。

6）在高效軋制生產(chǎn)的同時，要嚴格控制粗軋后中間坯的待溫時間和開軋溫度，避免在再結(jié)晶溫度區(qū)間軋制生產(chǎn)。

7? ? 結(jié)? ? 語

Q550D低合金調(diào)質(zhì)鋼作為目前主流高強鋼品種，其性能也影響著軋鋼廠的品牌效益。因此在煉制成分、軋制工藝、水冷工藝等可能影響性能的方面需要下大力氣研究。本文通過對生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)性能不合的案例分析，逐條逐項分析判斷影響因素，確定了水冷工藝、熱處理工藝作為主要控制參數(shù)，在后續(xù)生產(chǎn)中，本文闡述的方法有較強的指導(dǎo)價值。

參考文獻

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