610 MPa級水電鋼減量化生產工藝研究

李新玲，應傳濤，叢津功，喬馨，王若鋼（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

研究與開發

610 MPa級水電鋼減量化生產工藝研究

李新玲，應傳濤，叢津功，喬馨，王若鋼
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

為降低610 MPa級水電鋼的生產成本，鞍鋼鲅魚圈厚板部5500生產線采用降低合金成分，以“TMCP+回火”的工藝方式代替常規調質工藝生產。通過對TMCP及回火工藝研究發現，提高鋼板入水溫度及返紅溫度可提高產品力學性能，改善鋼板板形；采用合理的回火工藝，可進一步提高產品屈服強度和抗拉強度。

水電鋼；低合金；回火工藝

熱軋鋼材控軋控冷工藝（TMCP）是保證鋼材強韌性的核心技術，它的基本冶金學原理是在未再結晶區進行大壓下，增加累計變形量以促進微合金元素的應變誘導析出，實現奧氏體晶粒的細化；軋后采用加速冷卻，對奧氏體相變進程進行控制，促使產品快速完成相變過程，獲得晶粒細小的顯微組織［1］，在提高產品強度的同時，還能獲得良好的韌性。

低焊接裂紋敏感性高強度低合金水電鋼AY610D采用低碳、微合金化的成分設計，通過合理的調質熱處理或“TMCP+回火”的工藝模式，可獲得優良的組織結構，從根本上保證了其具有優良的焊接性能和低溫韌性，綜合性能優良。鞍鋼自2004年成功開發出610 MPa級水電鋼以來，先后采用調質熱處理工藝及“TMCP+回火”工藝實現了穩定生產及批量供貨。2010年以來，鞍鋼通過工藝評價，采用合金元素減量化，并在實驗室進行了一系列回火工藝研究，制定出優化的“TMCP+回火”工藝，通過批量工業化生產，產品強韌性配比良好，屈服強度達到590 MPa以上，抗拉強度超過670 MPa，-20℃沖擊功超過200 J，綜合性能優良。

1　成分及工藝設計

1.1化學成分設計及力學性能標準

鞍鋼減量化水電鋼AY610D采用 “TMCP+回火”的工藝路線進行生產，厚度規格主要為50 mm及以下，此次成分設計主要是在原有成分的基礎上，適當降低Mo、V元素含量，既能提高產品再結晶溫度，實現未再結晶區高溫軋制，又減少了合金元素的添加量，有效確保了減量化水電鋼的產品性能。表1為AY610D減量化后的主要化學成分，表2為水電鋼的力學性能標準。

表1　減量化水電鋼主要化學成分（質量分數）%

表2　水電鋼的力學性能標準

1.2回火工藝與性能變化趨勢研究

為研究TMCP狀態下的鋼板經回火后組織和性能變化情況，選取部分TMCP態試樣（42 mm厚）在實驗室進行不同系列的回火試驗，回火時間與實際生產中保持一致，回火溫度采用550、590、610、620、630、650、670、690℃共8個溫度點進行回火實驗。系列回火前后性能結果顯示，各項性能均符合標準要求?；鼗饻囟扰c屈服、抗拉強度值的變化曲線見圖1。從圖1可以看出，TMCP態屈服及抗拉強度均滿足標準要求，富余量超過30 MPa。回火后延伸率未發生明顯變化，但屈服強度及抗拉強度均得到不同程度的提高，其中屈服強度的升高幅度大于抗拉強度的升高幅度。從圖1還看出，在550～690℃的溫度區間回火，隨回火溫度的升高，強度呈現出先升高后降低的趨勢。但強度值總體上均較TMCP態有所增加，其中屈服強度增幅（最高83 MPa）高于抗拉強度增幅（最高43 MPa），且回火后屈服強度及抗拉強度最高值均出現在610℃，當溫度達到620℃時，屈服強度及抗拉強度值均出現快速回落，690℃時達到最低點。后續沖擊試驗結果也顯示，當回火溫度達到600～650℃時，沖擊功均在200 J以上，強韌性配比良好，說明在610～620℃左右進行回火，得到的產品綜合性能良好，富余量充足，完全符合產品標準要求。

圖1　不同回火溫度下力學性能變化趨勢

為研究回火前后鋼板內部組織變化情況，對回火前后試樣進行了金相組織檢驗，圖2為回火前后試驗鋼1/4厚度的金相組織圖片。

圖2　不同回火溫度下的顯微組織

從圖2可以看出，TMCP態顯微組織基體以鐵素體和貝氏體為主，基體上彌散分布著M/A島、珠光體等細小組織，晶粒整體上比較細小；590℃回火后，細小M/A島、珠光體基本分解消失，晶界變的更為清晰，基體組織較回火前要更均勻，表現出屈服強度明顯升高；610℃回火后，貝氏體組織變的更加均勻，顯微組織更加清晰，分析認為：回火過程中碳原子在晶界偏聚［2］，部分二相粒子也在晶界處彌散析出，導致屈服及抗拉強度明顯提升；當回火溫度進一步升高時，晶粒出現粗化趨勢，強度有所降低。

1.3工藝路線制定及工業化試驗

根據實驗室實驗數據，在目前厚板部5500生產線尚無預矯直機的情況下，既要保證產品力學性能，又要提高鋼板熱矯直板形，因此需要對控冷工藝進行優化，適當提高鋼板的入水及返紅溫度，降低鋼板熱矯直時的變形抗力，是適合現場生產的主要首選方案。

2　減量化水電鋼AY610D的工業化生產

2.1工業化試制

通過實驗室實驗結果，參照成分減量化前的工藝，適當提高鋼板入水及返紅溫度，試制期間，精軋階段開軋溫度控制在930℃以下，終軋保證在850℃以上，提高鋼板入水溫度至800～850℃，返紅溫度目標值≥550℃。

經過首批試制，對鋼板不同狀態進行取樣檢驗，檢驗結果顯示，TMCP態性能均滿足產品要求，但部分力學檢驗值富余量不大，經610～630℃回火后，屈服及抗拉均呈不同程度的增高，富余量較大，符合標準要求。表3為部分檢驗數據。

表3　部分檢驗數據

從表3可以看出，TMCP態拉伸性能均滿足標準要求，但部分試樣的抗拉富余量不是很大，經回火后屈服強度及抗拉強度均出現不同幅度的上升，其中屈服強度平均增加46 MPa，抗拉強度平均增加40 MPa。回火后力學性能指標均滿足標準要求，后續的低溫沖擊檢驗結果顯示，-20℃沖擊功均值也超過了240 J，完全達到了工藝方案的設計要求。證明此次工藝方案可行，具備批量化工業生產的條件，減量化生產工藝開發成功。

2.2批量工業化生產

2013年至2014年年底，鲅魚圈厚板部5500生產線在試制工藝的基礎上，進一步優化工藝，前后共生產某水電項目用鋼AY610D共7000余噸，厚度規格為32～50 mm，批量工業化生產及供貨結果顯示，一次性能合格率達到100%，一次板形合格率超過92%。近兩年的批量化生產數據表明，產品最終力學性能穩定，屈服強度范圍為580～630 MPa，抗拉強度范圍為660～690 MPa，延伸率≥23%，-20℃沖擊功≥240 J。目前厚板部已完成50 mm及以下厚度規格水電鋼的減量化工藝開發、優化及固化工作，產品工藝性能穩定，強韌性指標配比優良，具備全天候批量化生產供貨的能力。

3　結論

（1）實驗室實驗及現場工業化試制結果表明，鞍鋼鲅魚圈5500生產的TMCP水電鋼AY610D經適當的回火工藝后，屈服、抗拉強度均有不同程度的提高，強韌性指標配比良好。

（2）“TMCP+回火”工藝生產水電鋼AY610D，精軋開軋溫度控制在940℃以下，終軋控制在850℃以上，鋼板入水溫度保證在750～850℃，返紅溫度為530～600℃，生產出的鋼板板形良好，產品性能符合標準要求。

（3）鞍鋼鲅魚圈厚板部具備穩定生產50 mm及以下厚度規格減量化水電鋼AY610D的能力，回火后屈服強度為580～630 MPa，抗拉強度為660～690 MPa，延伸率≥23%，-20℃沖擊功≥240 J。

［1］王國棟.新一代TMCP技術的發展［J］.軋鋼，2012，29（1）：1-3.

［2］孫明君，陳軍平，王曉強，等.超快冷條件下610 MPa水電鋼減量化工業試制［J］.鞍鋼技術，2013，379（1）：59-62.

（編輯 袁曉青）

Study on Process for Producing Lightweight 610 MPa Grade Hydropower Steel

Li Xinling，Ying Chuantao，Cong Jingong，Qiao Xin，Wang Ruogang
（Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.，Ltd.，Yingkou 115007，Liaoning，China）

In order to reduce the cost of producing 610 MPa grade hydropower steel，this kind of steel was produced by application of the"TMCP plus tempering"technology in the 5500 production line in Heavy Plate Mill of Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.，Ltd.instead of the conventional quenching and tempering technology based on reduction of alloying elements.By studying the TMCP plus tempering technology，it was found that the mechanical properties of products and their plate shape can be improved by increasing the temperature of feeding the steel plates into cooling water and self-tempering temperature.At the same time both the yield strength and tensile strength of the products can also be improved by using the suitable tempering process.

hydropower steel；low alloy；tempering process

TG142

A

1006-4613（2016）04-0032-03

李新玲，高級工程師，2001年畢業于佳木斯大學金屬材料及熱處理專業。E-mail：lixinlinggled@163.com

2016-05-10