低屈強比油罐鋼生產工藝優化

張英杰

（濟鋼集團有限公司 寬厚板廠，山東 濟南250101）

1 前言

濟鋼生產的低屈強比油罐鋼由于工藝不完善，鋼板屈強比過高（達到0.95以上），無法滿足技術要求，導致批量鋼板降級改判，造成較大的經濟損失。通過軋制、水冷及熱處理工藝參數優化調整，對低屈強比油罐鋼采用“在線淬火+離線回火”工藝，實現了其各項性能指標滿足要求，屈強比下降到0.90以下，鋼板一次性能合格率達到90%以上，具備了批量生產的條件。

2 生產中存在的主要制約因素

低屈強比油罐鋼12MnNiVR是典型的60 kg級別的調質高強鋼，其主要性能：屈服強度≥490 MPa，抗拉強度610～730 MPa，伸長率≥17%；-20℃夏比V型缺口沖擊（橫向，試樣尺寸10 mm×10 mm×55 mm，缺口尺寸2 mm）單個最低值≥33 J，平均值≥47 J；180°冷彎直徑為3倍板厚。

除以上指標外，因鋼板在卷管時存在加工硬化，導致屈強比升高。用戶要求厚度18 mm及以下規格屈強比≤0.93，18 mm以上規格屈強比≤0.90，但實際生產中要達到低屈強比要求，主要存在以下制約因素：

1）低屈強比鋼板的組織要求為雙相組織，對軋制溫度精度要求較高。此類鋼板要求組織中軟相組織鐵素體和硬相組織貝氏體按一定比例同時存在，而開、終軋溫度的波動對軟、硬相組織的比例影響極大，需將開終軋溫度控制在極小的溫度區間內。

2）水冷工藝精度不高易使鋼板板型控制不良。鋼板冷卻區間從830～200℃，瞬時冷速達到30℃/s以上，過高的冷速導致鋼板內應力集中，鋼板在冷卻后出現大面積的瓢曲。

3）鋼板回火后組織控制難度大。實際生產過程中回火溫度在一定溫度區間波動，極易導致處熱理過程中組織變化大，無法滿足性能指標。

3 優化改進措施

實際生產證明，鋼坯開終軋溫度、鋼板水冷過程控制以及回火溫度精度是影響鋼板性能的重要影響因素，因此從這些方面進行優化。

3.1 精確控制軋制、水冷過程參數

1）終軋溫度。薄規格鋼板與厚規格鋼板采用不同的軋制工藝及水冷工藝，18 mm以下規格采用ACC模式冷卻，而18 mm以上規格采用DQ模式冷卻。根據計算公式可以大致得出實際終軋溫度控制范圍，理論計算奧氏體完全再結晶溫度（℃）的計算公式如下：

通過計算得出鐵素體完全轉變溫度在850～870℃，實際控制終軋溫度設定在Ac3以上20～30℃，因此終軋溫度控制在870～900℃。

同時將≤18 mm規格出爐溫度較厚規格的鋼坯高20℃，調整中間坯厚度為成品厚度的4倍以上，以提高待溫時間。軋制過程采用高溫小壓下技術，最后兩道次的壓下量由原來5 mm降低至3 mm以下，降低鋼板的末道次變形量，有效改善軋后鋼板的板型平直度。

2）軋后弛豫停頓時間。低屈強比鋼板要求存在一定比例的鐵素體軟相組織，因此應在開冷前有足夠的停頓時間來保證鐵素體組織的形成。通過多次試驗摸索，最終確定軋后弛豫停頓時控制在

表1 不同規格的12MnNiVR冷卻工藝設定

5）水冷過程中同板溫度差。①縱向溫度控制技術。鋼板在進入水冷系統前縱向溫度存在差異，表現為頭部溫度較高，隨著進入水冷區域時間的差異，鋼板的溫度逐漸降低。為了保證鋼板冷卻后頭尾部與中間位置溫度一致，鋼板在冷卻過程中采用微加速控制，通過一定的加速度控制，實現整體冷卻溫度、冷速的一致性，保證水冷后鋼板板型的平直度。②橫向溫度均勻性控制技術。邊部遮蔽可以有效防止邊部過冷情況的出現，應用邊部遮蔽功能和水凸度控制進行橫向溫度均勻控制。通過對上部集管的水凸度閥進行水流量控制，保證不同寬度、厚度鋼板上表面的水流量近似馬鞍形，提高鋼板橫向溫度均勻性。通過長時間的摸索和參數優化，確定了不同厚度、寬度高強鋼的遮蔽值，并總結出邊部遮蔽量的遮蔽曲線，見圖1。通過邊部遮掩值的優化調整，較好地改善了鋼板的邊浪現象。

通過以上措施，較好地解決了鋼板在線淬火后，因冷卻速率高造成的大面積瓢曲，保證了鋼板在熱矯前的平直度，極大地降低了熱矯后鋼板在冷卻過程中的再次瓢曲現象。

圖1 鋼板寬度與邊部遮蔽的關系

3.2 優化回火工藝參數

對在線淬火后鋼板進行性能檢驗，發現淬火后鋼板的屈服強度、抗拉強度富余量都在200 MPa以上，具體表現為鋼板具有較高的強度，但其伸長率及沖擊值不高，需要通過回火處理來優化鋼板的各項性能指標。通過多次溫度及時間參數優化，對鋼板性能情況進行對比，并對不同參數下的金相組織進行分析，最終將熱處理工藝優化為回火溫度在650～680℃范圍內，保溫時間至少50 min以上。采用優化后的回火工藝，鋼板各項性能及屈強比滿足了技術要求。圖2為23 mm規格油罐鋼在不同溫度下強度及屈強比變化。

圖2 23 mm規格12MnNiVR回火后性能

對回火工藝優化后的23 mm規格油罐鋼取樣進行金相分析，鋼板金相組織見圖3。淬火態組織中含有一定數量的條塊狀鐵素體組織，剩余大部分組織為硬相貝氏體和馬氏體組織，且鋼板的1/4處鐵素體組織明顯偏少（圖3a）；650～680℃回火后，鋼板內貝氏體組織及馬氏體組織部分分解，組織內鐵素體數量增多，降低了鋼板的強度，同時組織中殘留了一定數量的鐵素體組織，實現了雙相組織要求，在一定程度上降低了鋼板的屈強比（圖3c、d）。20～30 s，能控制鋼板水冷后軟硬相組織的比例。

圖3 鋼板淬火態及回火態的金相組織 500×

3）預矯直機最大壓下量。采用預矯直機大壓下量控制，減小軋后頭尾翹曲度。預矯直機最大壓下量隨厚度變化而不同，將壓下量由1～3 mm增加到4～8 mm，優化了鋼板水冷前的平直度，保證水冷過程中冷卻均勻性，防止鋼板冷后出現嚴重翹曲。

4）終冷溫度及冷卻速度。針對薄規格鋼板淬透性較強的特點，采用ACC冷卻模式替代DQ模式，確保水冷設備4個冷卻區間的冷卻模式一致，防止冷卻過程中板型出現惡化。

鋼板實際組織相變在400℃左右就已結束，為了保證鋼板完全淬透，冷速設定優化時考慮實際水量及冷卻模式，ACC模式冷速較低，需提升ACC模式下冷速；DQ模式整體冷速高，故將冷速設定整體偏低。具體優化后終冷及冷卻速度設定見表1。

4 優化改進效果

工藝優化后，共生產了低屈強比油罐鋼3 300余t，鋼板各項性能指標均滿足技術要求，性能合格率達到90%以上，滿足了批量生產條件。不同規格的鋼板性能指標統計情況見表2。

表2 不同規格的12MnNiVR性能統計情況

該項目為調質工藝生產低屈強比鋼板工藝優化，其成功經驗還可應用于容器鋼、高強鋼等有低屈強比要求鋼種，以促進其他低屈強比鋼板的生產。