正火控冷工藝對Q460C鋼板組織與性能的影響

張鵬

（萊蕪鋼鐵集團有限公司　寬厚板事業部，山東　萊蕪271104）

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試驗研究

正火控冷工藝對Q460C鋼板組織與性能的影響

張鵬

（萊蕪鋼鐵集團有限公司寬厚板事業部，山東萊蕪271104）

摘要：通過試驗對比研究了亞溫正火＋弱水冷工藝對Q460C低合金高強鋼板力學性能和金相組織的影響。結果表明：采用亞溫正火和正火后弱水冷的方式，可以有效細化晶粒并減少內部缺陷，鋼板的強度性能損失顯著降低，斷后伸長率略有降低，沖擊韌性改善明顯，冷彎性能良好。

關鍵詞：Q460C鋼板；亞溫正火；弱水冷；金相組織；強度損失

1　前　言

Q460C低合金鋼板具有較高的強度要求，生產過程中受冶煉成分、軋制工藝和控冷工藝參數控制精度限制，會產生較多板形和性能不合格鋼板，該部分鋼板通常需要通過正火處理挽救［1］。常規正火加熱溫度較高，正火后鋼板組織晶粒粗大。亞溫正火的加熱溫度低于AC3溫度，微觀組織轉變機理較常規正火有本質區別，加熱后的鋼板可保留20%左右的未熔鐵素體。未熔鐵素體可有效阻止奧氏體長大，從而細化晶粒；防止應力集中和內部裂紋擴展，從而改善塑性和韌性；使P、S等脆化雜質在鐵素體富集，減少其在奧氏體晶界上的析出。研究表明，亞溫正火可以實現Q460C鋼板的正火挽救［2-4］。正火后采用弱水冷方式對鋼板進行加速冷卻，通過控制合適的終冷溫度和冷速，在使組織轉變時間大幅縮短的基礎上可控制鋼板近表面組織轉變為貝氏體和極細珠光體，同時又可有效抑制微合金元素碳氮化物的析出和長大，減少偏析和內部缺陷產生。可以進一步減少鋼板（特別是采用ACC水冷的鋼板）因正火導致的強度性能損失［5-6］。

本研究結合某廠4 300 mm寬厚板生產線TMCP狀態Q460C鋼板的板形和性能挽救生產實踐，探討了應用亞溫正火+正火后弱水冷工藝對鋼板強度、沖擊、冷彎性能及微觀組織的影響。

2　試驗方案

2.1試驗材料

試驗材料為某廠4 300 mm寬厚板生產線生產的16 mm以上厚度TMCP狀態Q460C板形和抗拉強度超標鋼板。其化學成分控制情況和主要性能指標要求見表1（Nb、V、Ti適量）、表2。

表1　TMCP狀態Q460C鋼板熔煉成分%

表2　Q460C鋼板主要性能指標要求

2.2試驗工藝

選用的TMCP狀態Q460C鋼板的生產工藝流程為：鐵水脫硫預處理—轉爐冶煉—LF精煉—（RH精煉）—連鑄—加熱—除鱗—粗軋—精軋—水冷—熱矯直—冷床—（堆垛緩冷）—剪切—標識—入庫。

選用的鋼板為堆垛緩冷后板形及檢驗抗拉強度性能超標的不合格鋼板，鋼板挽救工藝為：亞溫（760～820℃）正火—保溫10～30 min—出爐后弱水冷（500～630℃）。

2.3試驗方法

選用相同冶煉成分、TMCP工藝生產的同規格Q460C低合金高強度異常鋼板（水冷強度大導致的板形不合或強度性能超標鋼板），分別對軋后TMCP狀態、常規正火（N）態和正火控冷（NCC）狀態鋼板的強度、韌性、塑性、微觀組織、冷彎進行檢驗、對比，研究正火控冷工藝對鋼板性能、微觀組織和冷彎性能的影響。

3　結果及分析

3.1對強度、塑性和低溫韌性的影響

綜合分析大生產數據和生產實績，篩選具有代表性的鋼板，進行不同狀態時鋼板性能檢驗，性能對比情況見表3（表中N代表常規正火處理，NCC表示正火后控冷處理）。

表3　不同處理狀態Q460C鋼板性能

通過分析、對比表1中不同狀態下鋼板的各項性能數據發現：由ACC過冷產生的性能不合格鋼板，主要表現為抗拉強度超上限，斷后伸長率低于標準要求或者富余量較小，0℃沖擊性能富余量較小，同時數值波動較大。問題鋼板經常規正火后：強度性能損失較大，屈服強度普遍低于標準要求10 MPa左右（即使合格鋼板的屈服強度富余量通常也不超過20 MPa）。抗拉強度損失同樣較大，但能夠滿足標準要求，富余量約40 MPa左右。斷后伸長率和0℃沖擊性能顯著提升。采用合適的亞溫正火+弱水冷工藝處理后鋼板的性能與常規正火后鋼板相比：強度性能損失明顯減少，屈服強度和抗拉強度損失減少40 MPa以上（平均50 MPa左右），斷后伸長率略有降低，0℃沖擊性能基本一致。

3.2金相組織

圖1為采用常規正火+空冷挽救后的60 mm厚Q460C鋼板金相組織：鋼板帶狀組織改善較好，近表面組織為F+P+B，存在少量羽毛狀和粒狀B組織，粗晶比例約30%（見圖1a）；隨著位置逐漸向心部，晶粒逐漸粗大，混晶現象逐漸加重，同時B組織含量逐漸減少。1/6厚度處，B組織消失（見圖1b）；繼續向心部，組織為F+P，晶粒持續粗大，厚度1/4處粗晶比例約50%（見圖1c）；心部粗晶比例80%以上，混晶現象嚴重（見圖1d）。

圖1厚度60 mm常規正火＋空冷處理后Q460C鋼板金相組織

圖2為采用亞溫正火+弱水冷挽救后的50 mm厚度Q460C鋼板金相組織：鋼板帶狀組織改善較好，近表面組織為F+P+B，晶粒較均勻細小（見圖2a）；隨著位置逐漸向心部，組織晶粒逐漸粗大，同時B組織逐漸減少（見圖2b）；1/4厚度處，B組織基本消失，同時組織晶粒粗大趨勢放緩（見圖2c）；心部組織為F+P，組織晶粒變大趨勢基本消失（見圖2d）。

圖2厚度50 mm亞溫正火+弱水冷處理后Q460C鋼板金相組織

圖3為采用亞溫正火+弱水冷挽救后的80 mm 厚Q460C鋼板金相組織：鋼板帶狀組織改善較好，近表面組織為F+P+B，晶粒較均勻細小（見圖3a）；隨著位置逐漸向心部，組織晶粒逐漸變大，同時B組織逐漸減少。1/8厚度處，B組織基本消失，晶粒變大趨勢逐漸放緩（見圖3b）；1/8厚度至1/4厚度處，組織晶粒變大趨勢逐漸放緩直至消失（見圖3c）；心部組織晶粒尺寸基本一致，弱水冷影響消失（見圖3d）。

通過分析鋼板厚度方向微觀組織變化可以發現：采用亞溫正火+弱水冷工藝可以在消除帶狀的同時有效細化晶粒，使鋼板近表面組織均勻細小。采用亞溫正火工藝對于抑制奧氏體晶粒長大、減少偏析和防止內部缺陷擴展作用明顯。采用弱水冷工藝，控制合理的冷速，可使鋼板近表面組織轉變為貝氏體和極細珠光體組織，又可抑制微合金元素碳氮化物的析出和長大。但是弱水冷對微觀組織的影響效果受鋼板厚度限制較大，隨著位置逐漸向心部靠近，這種影響逐漸減弱直至消失。對厚規格鋼板近表面15 mm內組織影響最為顯著，對距表面20 mm處至心部組織的影響已可忽略。

圖3　厚度80 mm亞溫正火+弱水冷處理后Q460C鋼板金相組織

3.3冷彎性能

采用亞溫正火+弱水冷工藝處理的Q460C鋼板冷彎后試樣見圖4。冷彎試樣凹凸面均未出現開裂、毛刺等缺陷，冷彎性能良好。

圖4　亞溫正火+弱水冷處理Q460C鋼板試樣冷彎后

4　結　論

4.1采用亞溫正火+弱水冷工藝處理Q460C低合金高強鋼板較常規正火處理鋼板，可在控制冶煉成本和能耗的基礎上，有效減少強度性能損失達40 MPa以上，從而保證了其強度性能合格率。同時對鋼板的沖擊韌性和冷彎性能無損害，斷后伸長率略有降低（2%以內）。

4.2采用亞溫正火方式對于鋼板微觀組織和各項性能改善的影響顯著。

4.3采用弱水冷方式有利于鋼板微觀組織控制和各項性能改善。但是弱水冷的加速冷卻效果無法滲透到厚規格鋼板內部，受鋼板厚度限制較大。

參考文獻：

［1］劉青春，朱伏先，任培東.新型細晶強化Q460級中厚板的研制［J］.軋鋼，2005，22（2）：7-9.

［2］趙小婷，姚連登，李紅斌.正火溫度對鐵素體珠光體型高強鋼力學性能影響［J］.熱加工工藝，2013，42（18）：187-188.

［3］任海鵬，王立軍，劉春明.亞溫正火對鐵素體珠光體型非調質鋼韌性的影響［J］.材料與冶金學報，2005，4（1）：44-46.

［4］劉云旭.金屬熱處理原理［M］.北京：機械工業出版社，1981.

［5］何春雨，余偉，郭錦，等.中厚板正火控制冷卻系統的設計與應用［J］.金屬熱處理，2008，33（7）：86-89.

［6］李靜，李小占，王京，等.中厚板熱處理線的開發與應用研究［J］.鋼鐵，2009（2）：83-87.

Influence of Normalizing Control Cooling (NCC) Process on the Microstructure and Properties of Q460C Steel Plates

ZHANG Peng

（The Wide Plate Department of Laiwu Iron and Steel Group Corporation, Laiwu 271104, China）

Abstract:The influence of NCC process on the mechanical properties, microstructure and cold bending property of Q460C Steel Plates for marine engineering was comparatively studied by experiment. The results showed that, after subcritical normalizing and weak water controlled cooling process, the microstructure was refined, the defects were reduced, and the strength loss of plates decreased obviously, the elongation decreased slightly, the low- temperature impact stability improved obviously, and the cold bending property was good.

Key words:Q460C steel plate; subcritical normalizing; weak water controlled cooling; microstructure; strength loss

中圖分類號：TG156.4；TG142.2

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4620（2016）02-0033-03

收稿日期：2016-01-11

作者簡介：張鵬，男，1983年生，2009年畢業于北京科技大學材料加工工程專業，碩士。現為萊蕪鋼鐵集團有限公司寬厚板事業部工程師，從事寬厚板產品的研究開發和技術管理工作。