Q550D高強鋼TMCP工藝探索與實踐

摘 要：采用TMCP工藝生產70kg高強鋼Q550D，是工業化大生產降低生產成本的重要舉措，文章從化學成分設計、軋制規程的控制，冷卻工藝的設定等不同環節論述了TMCP工藝關鍵控制過程，并對組織性能進行分析研究，深化了TMCP工藝的應用。

關鍵詞：高強鋼；板型；水冷；性能

1 引言

70kg高強鋼Q550D廣泛應用于工程、煤機行業，目前國內鋼廠主要采用“TMCP+回火”工藝生產，某廠采用TMCP工藝生產70kg高強鋼，在國內屬于先創，其主要通過合理的成分設計，軋制、水冷工藝的精確控制，實現貝氏體轉變，以TMCP工藝條件下的組織得到了強韌性指標良好的70kg級別高強鋼，降低了回火成本，值得借鑒。

2 化學成分設計

Q550D高強鋼化學成分設計設計采用低C（0.05～0.09%）、高Mn（1.55-1.75%）原則，添加少量的強淬透性元素Cr、B等，以Nb微合金元素進行細晶強化，同時添加微量Ti用以固N，遵循Ti/N≥3.4的原則。

3 軋制工藝

軋制過程在9000噸軋制力4300軋機上進行，軋制過程分為兩個階段，粗軋階段在奧氏體再結晶區軋制，通過高溫大壓下實現奧氏體的反復再結晶，最大道次壓下量達到30mm以上，精軋階段在奧氏體未再結晶區進行，終軋溫度控制在800-850℃之間，末道次壓下量小于2mm，以控制板型平直度。軋制規程設計上充分考慮性能指標及板型平直度，精軋階段采用低速小壓下，通過降低軋制速度，優化變形道次和變形量，延長奧氏體未再結晶區的變形時間，由于變形量較小，致使變形階段的動態再回復能有效進行，對于消除軋制過程產生的位錯等缺陷有明顯好處；變形溫度較低，變形過程中發生形變誘導相變，增加組織中的鐵素體體積百分比，提高了鐵素體的體積含量；鐵素體中具有良好的塑性，在一定程度上彌補了貝氏體塑性較差的缺陷，使得冷卻后得到的最終組織具有良好的強度和塑性指標組合。

規程設計上厚規格鋼板需要多道次變形以彌補鋼板厚度增加帶來的厚度效應，生產實踐證明，15mm的鋼板軋制道次精軋階段需要6道次，而50mm的鋼板則需要8道次甚至是10道次的反復變形才能與之對應的組織性能指標。通過多道次軋制，將奧氏體晶粒反復壓扁和拉長，使晶粒內產生大量的滑移帶和位錯，增大有效晶界面積，增加了奧氏體向貝氏體轉變時的形核位置，為形成了細小的貝氏體晶粒提供了條件，后續工序通過加速冷卻實現貝氏體轉變，得到的組織為細小的貝氏體組織，貝氏體組織晶粒的大小決定了鋼板的機械性能指標。

3 加速冷卻工藝

3.1 冷卻設備

加速冷卻過程是實現組織性能的最重要手段，生產Q550D采用Mulpic加速冷卻系統可以實現1.5-33L/mS的水流密度范圍，冷速調節范圍大，可以有效滿足Q550D系列鋼板的冷卻要求，同時具有頭尾遮蔽、邊部遮蔽、水凸度控制等功能實現頭尾溫度補償、邊部溫度補償、橫向溫度調節，以保證冷卻的溫度均勻性，為TMCP工藝實現提供了保證。

3.2 冷卻工藝

加速冷卻工藝以得到低碳貝氏體組織為目的，為不同厚度的鋼板制定不同的冷卻工藝參數，鋼板開始冷卻溫度控制在Ar3溫度以上，考慮心部溫度與表面溫度之間差異，控制在Ar3+20℃以上，以防止多邊形鐵素體的大量析出；冷卻終止溫度控制在Bf以下Ms以上，確保貝氏體組織轉變完全。同時依據加速冷卻的厚度效應，厚度每增加5mm，冷卻終止溫度相應降低10℃。冷卻工藝的精度保證是TMCP性能穩定的前提，一般來說，冷卻終止溫度目標控制在460～520℃，波動范圍控制在±15℃，冷速控制目標15-19℃/S，波動范圍±2℃/S。

4 組織與性能

對冷卻后的鋼板取金相組織分析（見圖2），組織以貝氏體組織為主，同時含有少量多邊形鐵素體，組織中可見明顯的軋制壓扁痕跡，在一個壓扁范圍內，可見明顯的呈45°角分布的板條貝氏體組織，同時組織中還有少量粒狀貝氏體組織及大塊零星分布的多邊形鐵素體。這種以粒貝、板貝為主，夾雜少量多邊形鐵素體的組織擁有良好的強韌性指標。以實際生產的數據統計，機械性能屈服抗拉均超過國標下限50Mpa以上，延伸均值17%以上，-20℃沖擊功均值200J以上。

5 結束語

5.1 通過合理的成分設計、嚴格的軋制及水冷規程控制可以實現Q550D高強鋼TMCP工藝生產。

5.2 軋制階段通過低溫條件下多道次軋制，可以有效增大晶界面積，增加奧氏體向貝氏體轉變時的形核位置，利于得到組織細小的貝氏體組織。

5.3 以貝氏體為主含有少量鐵素體的多相組織，可以實現強度、塑性、韌性指標的綜合提升。

參考文獻

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[2]孫傳水.微量鈮和鈦對控軋低合金高強度結構鋼的力學性能的影響[J].鋼鐵，2004（2）.

作者簡介：薛艷龍（1982-），男，本科學歷，現在濟鋼寬厚板廠技術科工作，助理工程師。