TMCP工藝生產(chǎn)40mm厚700 MPa級低碳貝氏體鋼試驗(yàn)研究

姚文獻(xiàn)康永林韋弦于愛民

(1.北京科技大學(xué);2.安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

TMCP工藝生產(chǎn)40mm厚700 MPa級低碳貝氏體鋼試驗(yàn)研究

姚文獻(xiàn)1，2康永林1韋弦2于愛民2

(1.北京科技大學(xué);2.安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

介紹了微合金化結(jié)合TMCP+回火工藝生產(chǎn)40mm700 MPa級低碳貝氏體鋼的實(shí)驗(yàn)過程。通過對40mm厚700 MPa級低碳貝氏體鋼合理的成分、工藝設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工藝控制的研究分析，制定合理的TMCP+回火工藝，成功開發(fā)出40mm厚規(guī)格700 MPa級低碳貝氏體鋼。

低碳貝氏體鋼 厚規(guī)格 TMCP工藝 回火 力學(xué)性能 組織

0 前言

AH70DB、AH80DB低碳貝氏體鋼為安鋼自主研發(fā)的高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在國內(nèi)的工程機(jī)械領(lǐng)域，尤其是煤機(jī)制造行業(yè)。目前30mm以上700 MPa級高強(qiáng)度鋼板大都采用調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)，而采用TMCP工藝生產(chǎn)40mm700 MPa級高強(qiáng)板，需要在合金設(shè)計(jì)、純凈度控制、控制軋制和控制冷卻工藝，以及回火工藝等多方面做的更精細(xì)、更合理，才能保證其綜合性能良好。

該產(chǎn)品的工業(yè)試制是在安鋼第二煉軋廠150 t轉(zhuǎn)爐—3500mm爐卷軋機(jī)—熱處理上進(jìn)行的，其工藝路線為:鐵水預(yù)脫硫→150 t轉(zhuǎn)爐→LF/VD爐外精煉→板坯連鑄→控軋→控冷→矯直→剪切→熱處理。

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)用鋼成分

由于TMCP工藝條件下的AH70DB生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，綜合性能良好，因此成分上仍采用低碳，復(fù)合加入B、Mn等淬透性元素。通過位錯強(qiáng)化，微合金強(qiáng)化獲得具有高密度位錯亞機(jī)構(gòu)的均勻細(xì)小的貝氏體組織，同時(shí)配合合理的熱處理制度充分發(fā)揮低碳貝氏體鋼的潛力，達(dá)到良好的強(qiáng)韌性配合。試驗(yàn)用鋼采用150mm×2600mm連鑄坯，其化學(xué)成分見表1。

表1 試驗(yàn)鋼化學(xué)成分 wt%

1.2 連鑄坯的質(zhì)量

在保證鑄坯質(zhì)量上利用精煉與真空脫氣裝置，保證鋼純凈度，利用寬板坯連鑄機(jī)、動態(tài)輕壓下確保鑄坯質(zhì)量。目前大生產(chǎn)鑄坯質(zhì)量較好，無內(nèi)部裂紋。鑄坯低倍評級統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 鑄坯低倍評級

2 厚規(guī)格低碳貝氏體鋼工藝設(shè)計(jì)

在TMCP工藝中，采用高密層冷，強(qiáng)制加速冷卻，獲得較低的中溫轉(zhuǎn)變溫度。通過細(xì)化中溫轉(zhuǎn)變貝氏體組織，在奧氏體區(qū)域利用控冷裝置加速冷卻，使鋼板從奧氏體區(qū)過冷到貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域，最終獲得粒貝或一定量的板條狀貝氏體組織。由于組織類型、各項(xiàng)組織所占比例、組織細(xì)化程度和第二相粒子的析出行為等共同決定低碳貝氏體鋼的最終力學(xué)性能［1－4］，利用熱軋后的熱處理對低碳貝氏體鋼顯微組織及析出行為的影響，得到理想的組織與性能。

2.1 軋制工藝及冷卻制度

熱軋采用TMCP工藝。加熱溫度1200℃～1250℃，保溫時(shí)間1 h。軋制分兩階段進(jìn)行，高溫階段通過軋制道次間的反復(fù)再結(jié)晶充分細(xì)化奧氏體組織。低溫階段通過未再結(jié)晶區(qū)內(nèi)的變形，增加相變形核位置，未再結(jié)晶區(qū)累積變形量大于60%。終軋溫度盡可能接近Ar3相變溫度，以便將軋制過程產(chǎn)生的變形帶、位錯和晶粒壓扁保持至相變以后。厚規(guī)格ACC控制略低，目的是依靠一定量的板條貝氏體+粒貝提高強(qiáng)度，因此厚規(guī)格終冷溫度比薄規(guī)格略低，實(shí)際控制小于450℃。表3為不同控冷工藝及性能，組織如圖1所示。

表3 試驗(yàn)鋼不同控冷工藝及性能

圖1 為不同終冷溫度條件下的組織形貌

2.2 熱處理工藝

厚規(guī)格AH70DB回火處理的主要目的是改善韌性，達(dá)到良好的強(qiáng)韌性匹配，強(qiáng)度更加穩(wěn)定，沖擊韌性優(yōu)于不回火鋼板。回火溫度選擇480±10℃，加熱系數(shù)采用3.0mm/min，保溫時(shí)間10min。表4為試驗(yàn)鋼480℃回火后的性能，組織如圖2所示。

表4 試驗(yàn)鋼480℃回火力學(xué)性能

圖2 為不同終冷條件下480℃回火后的組織形貌

3 分析與討論

3.1 軋制工藝對厚規(guī)格低碳貝氏體鋼組織性能的影響

TMCP工藝中控制軋制二階段壓下率是一個非常關(guān)鍵的工藝參數(shù)，未再結(jié)晶區(qū)控制軋制直接決定了相變后貝氏體細(xì)化的效果，從而影響到屈服強(qiáng)度和沖擊韌性［5］。表2中4#樣和5#樣其它工藝條件相同，5#樣未再結(jié)晶累計(jì)壓下率大組織較細(xì)，MA島尺寸細(xì)小，對應(yīng)的強(qiáng)度較高，而未再結(jié)晶累計(jì)壓下率較小組織較粗，MA島尺寸較大，強(qiáng)度較低。由于對于含鈮低碳貝氏體鋼，除經(jīng)過再結(jié)晶溫度區(qū)的反復(fù)再結(jié)晶使奧氏體晶粒細(xì)化，未再結(jié)晶區(qū)奧氏體變形對中溫轉(zhuǎn)變組織也有明顯作用［6］，尤其是厚規(guī)格更應(yīng)增加二階段累積變形率以細(xì)化組織。

3.2 冷卻制度對厚規(guī)格低碳貝氏體鋼組織性能的影響

據(jù)資料［7］隨終冷溫度降低，貝氏體比例增大，強(qiáng)度升高，沖擊韌性值降低，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。表1 中3#、4#、5#終冷控制為400 ℃ ～450 ℃，1#和2#終冷為500℃ ～550℃，雖然性能均滿足要求，但強(qiáng)度較高，沖擊沒有高終冷穩(wěn)定。針對不同的強(qiáng)塑性要求，可以控制不同的終冷溫度來滿足。對于AH70DB鋼來說，終冷溫度應(yīng)控制在450℃ ～530℃范圍內(nèi)，但由于厚規(guī)格要達(dá)到一定比例的中溫轉(zhuǎn)變組織其終冷溫度應(yīng)更低些，為400℃ ～450℃，沖擊韌性的降低可以通過回火加以改善。

3.3 回火工藝對厚規(guī)格低碳貝氏體鋼組織性能的影響

熱軋后的熱處理制度對低碳貝氏體鋼的顯微組織和析出行為具有顯著影響。厚規(guī)格AH70DB回火的主要目的是改善低溫沖擊韌性，強(qiáng)度更加穩(wěn)定。試驗(yàn)鋼在480℃后沖擊得到了明顯改善且穩(wěn)定無散值，延伸增加，強(qiáng)度有下降，屈強(qiáng)比增加。主要是回火態(tài)發(fā)生C擴(kuò)散，低碳貝氏體組織由亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過渡，發(fā)生飽和固溶體析出，這類析出主要有碳化物析出，微合金相的長大，高密度位錯的移動和合并及新的第二相析出，從而導(dǎo)致屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度下降，而低終冷條件下的抗拉強(qiáng)度下降幅度尤為明顯，說明大量硬相組織在回火過程中被軟化，而合并與析出的共同作用使得屈服強(qiáng)度下降幅度遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度，從而屈強(qiáng)比明顯增加。同時(shí)回火由于軟化作用，改善了相本身的韌性，從而使低溫韌性得到有效改善。

4 結(jié)論

1)采用TMCP+回火工藝，通過提高二階段累計(jì)變形率、降低終冷溫度、回火處理等措施，可以達(dá)到厚規(guī)格700 MPa級低碳貝氏體鋼性能要求，綜合性能良好。

2)試驗(yàn)結(jié)果表明，厚規(guī)格AH70DB的生產(chǎn)性能保證主要依靠TMCP工藝，通過回火改善韌塑性。

3)TMCP工藝中變形溫度、變形量、冷卻開始溫度、冷卻速度等都會對貝氏體鋼的最終組織產(chǎn)生明顯影響，特別是各類組織的配比明顯的不同，合理的組織類型配比對改善材料的綜合性能十分有力。

［1］康永林，陳慶軍，王克魯，等.700MPa級低碳貝氏體鋼的熱處理工藝研究［J］.材料熱處理學(xué)報(bào)，2005.26(3):96－99.

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EXPERIMENTAL RESEARCH ON40 MM700 MPA GRADE LOW CARBON BAINITIC STEEL FROM TMCP

Yao Wenxian1，2Kang Yonglin1Wei Xian2Yu Aimin2
(1.University of Science and Technology Beijing;2.Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

It introduces the experimental process of40mm700 MPa low carbon bainitic steel produced by microalloying，TMCP and tempering process.Through studying and analyzing appropriate composition，process design and key process control，the reasonable TMCP+tempering technology has been determined and40mm700 MPa low carbon bainitic steel developed successfully.

low carbon bainitic steel heavy gauge TMCP process temper mechanical property structure

聯(lián)系人:康永林，教授，博士生導(dǎo)師，北京(100083)，北京科技大學(xué)材料學(xué)院，新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;

2012—2—3