TMCP工藝生產40mm厚700 MPa級低碳貝氏體鋼試驗研究

姚文獻康永林韋弦于愛民

(1.北京科技大學;2.安陽鋼鐵集團有限責任公司)

TMCP工藝生產40mm厚700 MPa級低碳貝氏體鋼試驗研究

姚文獻1，2康永林1韋弦2于愛民2

(1.北京科技大學;2.安陽鋼鐵集團有限責任公司)

介紹了微合金化結合TMCP+回火工藝生產40mm700 MPa級低碳貝氏體鋼的實驗過程。通過對40mm厚700 MPa級低碳貝氏體鋼合理的成分、工藝設計和關鍵工藝控制的研究分析，制定合理的TMCP+回火工藝，成功開發出40mm厚規格700 MPa級低碳貝氏體鋼。

低碳貝氏體鋼 厚規格 TMCP工藝 回火 力學性能 組織

0 前言

AH70DB、AH80DB低碳貝氏體鋼為安鋼自主研發的高強度工程機械用鋼，現已廣泛應用在國內的工程機械領域，尤其是煤機制造行業。目前30mm以上700 MPa級高強度鋼板大都采用調質處理生產，而采用TMCP工藝生產40mm700 MPa級高強板，需要在合金設計、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、更合理，才能保證其綜合性能良好。

該產品的工業試制是在安鋼第二煉軋廠150 t轉爐—3500mm爐卷軋機—熱處理上進行的，其工藝路線為:鐵水預脫硫→150 t轉爐→LF/VD爐外精煉→板坯連鑄→控軋→控冷→矯直→剪切→熱處理。

1 試驗材料

1.1 試驗用鋼成分

由于TMCP工藝條件下的AH70DB生產工藝穩定，綜合性能良好，因此成分上仍采用低碳，復合加入B、Mn等淬透性元素。通過位錯強化，微合金強化獲得具有高密度位錯亞機構的均勻細小的貝氏體組織，同時配合合理的熱處理制度充分發揮低碳貝氏體鋼的潛力，達到良好的強韌性配合。試驗用鋼采用150mm×2600mm連鑄坯，其化學成分見表1。

表1 試驗鋼化學成分 wt%

1.2 連鑄坯的質量

在保證鑄坯質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、動態輕壓下確保鑄坯質量。目前大生產鑄坯質量較好，無內部裂紋。鑄坯低倍評級統計見表2。

表2 鑄坯低倍評級

2 厚規格低碳貝氏體鋼工藝設計

在TMCP工藝中，采用高密層冷，強制加速冷卻，獲得較低的中溫轉變溫度。通過細化中溫轉變貝氏體組織，在奧氏體區域利用控冷裝置加速冷卻，使鋼板從奧氏體區過冷到貝氏體轉變區域，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、各項組織所占比例、組織細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℃，保溫時間1 h。軋制分兩階段進行，高溫階段通過軋制道次間的反復再結晶充分細化奧氏體組織。低溫階段通過未再結晶區內的變形，增加相變形核位置，未再結晶區累積變形量大于60%。終軋溫度盡可能接近Ar3相變溫度，以便將軋制過程產生的變形帶、位錯和晶粒壓扁保持至相變以后。厚規格ACC控制略低，目的是依靠一定量的板條貝氏體+粒貝提高強度，因此厚規格終冷溫度比薄規格略低，實際控制小于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

厚規格AH70DB回火處理的主要目的是改善韌性，達到良好的強韌性匹配，強度更加穩定，沖擊韌性優于不回火鋼板。回火溫度選擇480±10℃，加熱系數采用3.0mm/min，保溫時間10min。表4為試驗鋼480℃回火后的性能，組織如圖2所示。

表4 試驗鋼480℃回火力學性能

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鍵的工藝參數，未再結晶區控制軋制直接決定了相變后貝氏體細化的效果，從而影響到屈服強度和沖擊韌性［5］。表2中4#樣和5#樣其它工藝條件相同，5#樣未再結晶累計壓下率大組織較細，MA島尺寸細小，對應的強度較高，而未再結晶累計壓下率較小組織較粗，MA島尺寸較大，強度較低。由于對于含鈮低碳貝氏體鋼，除經過再結晶溫度區的反復再結晶使奧氏體晶粒細化，未再結晶區奧氏體變形對中溫轉變組織也有明顯作用［6］，尤其是厚規格更應增加二階段累積變形率以細化組織。

3.2 冷卻制度對厚規格低碳貝氏體鋼組織性能的影響

據資料［7］隨終冷溫度降低，貝氏體比例增大，強度升高，沖擊韌性值降低，韌脆轉變溫度升高。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，但強度較高，沖擊沒有高終冷穩定。針對不同的強塑性要求，可以控制不同的終冷溫度來滿足。對于AH70DB鋼來說，終冷溫度應控制在450℃ ～530℃范圍內，但由于厚規格要達到一定比例的中溫轉變組織其終冷溫度應更低些，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。厚規格AH70DB回火的主要目的是改善低溫沖擊韌性，強度更加穩定。試驗鋼在480℃后沖擊得到了明顯改善且穩定無散值，延伸增加，強度有下降，屈強比增加。主要是回火態發生C擴散，低碳貝氏體組織由亞穩態向穩定態過渡，發生飽和固溶體析出，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，從而導致屈服強度與抗拉強度下降，而低終冷條件下的抗拉強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度下降幅度遠小于抗拉強度，從而屈強比明顯增加。同時回火由于軟化作用，改善了相本身的韌性，從而使低溫韌性得到有效改善。

4 結論

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

2)試驗結果表明，厚規格AH70DB的生產性能保證主要依靠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］.材料熱處理學報，2005.26(3):96－99.

［2］方鴻生，劉東雨，徐光平，等.貝氏體鋼的強韌化途徑［J］.機械工程材料.2001.25(6):1－5.

［3］王六定，朱明，陳景東，等.低碳超高強度貝氏體鋼的組織細化［J］.材料熱處理學報，2007.28(5):42－45.

［4］聶燚，董文龍，趙運堂，等.高強度貝氏體鋼工藝和組織對性能的影響［J］.北京科技大學學報，2006.28(8):733－738.

［5］于愛民，孫斌，李靜宇，等.軋制工藝對700 MPa級低碳貝氏體鋼組織性能的影響，河南冶金，2008.16(2):18－19.

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

聯系人:康永林，教授，博士生導師，北京(100083)，北京科技大學材料學院，新金屬材料國家重點實驗室;

2012—2—3