TMCP型70kg級高強鋼的生產工藝研究及應用

摘要：傳統70kg級高強鋼一般采用“TMCP+回火”工藝生產，性能合格率比較穩定，但生產周期長、工序成本高。為適應低碳經濟的需要，降低成本，挖潛增效，該廠充分發揮工藝裝備先進、保障能力強的特點，提出了70kg級高強鋼取消回火工藝的方案。

關鍵詞：70kg級;高強鋼;TMCP;性能;生產工藝 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG142 文章編號：1009-2374（2015）02-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0127

70kg級別高強鋼作為典型的低碳貝氏體鋼，擁有較低的碳當量和裂紋敏感指數值（Pcm），焊接性能優異，廣泛應用于煤礦機械液壓支架、工程機械起重設備，是某厚板廠的支柱產品，年產量達到10萬噸以上，市場占有率居于全國領先地位。

傳統70kg級高強鋼一般采用“TMCP+回火”工藝生產，性能合格率比較穩定，但生產周期長、工序成本高。為適應低碳經濟的需要，降低成本，挖潛增效，充分發揮工藝裝備先進、保障能力強的特點，提出了70kg級高強鋼取消回火工藝的方案。

1 存在的問題

在該方案實施初期，效果很不理想，突出表現在：20mm及以下薄規格瓢曲量大，瓢曲率在95%以上;性能合格率低，2013年1～2月份70kg級高強鋼TMCP態性能合格率僅為46.91%;生產過程中軋制、冷卻等各個環節整體控制水平不足，工藝參數波動較大。

2 改進方案

2.1 薄規格成分、工藝改進及優化

2.1.1 薄規格成分設計。20mm薄規格70kg高強鋼存在的主要問題是板型差，鋼板性能均勻性差，鋼板強度指標波動大，總體一次合格率偏低。為此，采取低C、高Mn、Cr的設計思路，通過調整Mn、Cr含量彌補終冷溫度提高帶來的強度損失，增加的強淬透性元素Cr有利于鋼板在較高的溫度區間內得到貝氏體組織，滿足鋼板強韌性要求。按GB/T 1591標準，16～20mm 70kg級別高強鋼成分設計為：C 0.04%～0.07%，Si 0.25%～0.40%，Mn 1.75%～1.90%，P≤0.015%，S≤0.008%，Alt 0.02%～0.05%，Nb 0.025%～0.040%，Cr 0.35%～0.50%，Ti 0.01%～0.03%，B 0.001%～0.002%，CEV≤0.47%，Pcm 0.16%～0.21%。

成分設計中因Mn含量偏高，為了減少Mn偏析及MnS夾雜物對于性能指標的影響，成分設計中S含量降低，可有效減少組織偏析對于性能的影響，同時可減輕鋼板的帶狀組織的影響。

2.1.2 薄規格工藝設計及改進。通過理論計算，增加Mn含量后Ar3溫度降低18℃，理論上有利于減少鋼板的帶狀組織。新成分與原成分相比Ar3溫度及Bs溫度變化情況如下：

20mm原成分Ar3：752℃;20mm新成分Ar3：731℃。

20mm原成分Bs：645℃;20mm新成分Bs：618℃

根據理論計算情況，通過制定不同的軋制、水冷工藝并進行相應的試軋，最終薄規格高強鋼生產工藝為：中間坯厚度70mm，終軋溫度830℃，開冷溫度755℃±10℃，冷速10℃/S，終冷溫度580℃±15℃。通過觀察金相圖譜，可見組織中表面及1/4處出現板條狀貝氏體，心部為典型的粒狀貝氏體，晶粒細小彌散，未發現較大顆粒的鐵素體晶粒。

2.1.3 薄規格鋼板的板型控制。在一個軋制周期內隨著軋制量的增加，軋輥磨損會越來越嚴重，由于目前該廠寬度在2500mm以下的窄規格所占比例較大，極易造成軋輥中部磨損遠大于邊部，如果在這種情況下安排軋制薄規格高強鋼，鋼板邊部正好處于軋輥磨損的急劇過度部位，勢必產生嚴重的邊浪，最終影響鋼板的冷卻效果。為此將薄規格高強鋼安排在換輥后輥型較好的時間段內，為軋后板形控制奠定了良好基礎。

2.2 25、30mm性能攻關

成分的優化與改進。通過大量的生產實踐，25、30mm高強鋼成分設計上重點考慮性能指標，因此其Mn、Cr等含量較20mm偏低。成分設計為：C 0.04%～0.07%，Si 0.25%～0.40%，Mn 1.55%～1.70%，P≤0.015%，S≤0.008%，Alt 0.02%～0.05%，Nb 0.025%～0.040%，Cr 0.15%～0.40%，Ti 0.01%～0.03%，B 0.001%～0.002%，CEV≤0.47%，Pcm 0.15%～0.20%。

主要添加元素Nb用來保障細化晶粒，確保沖擊性能指標，Cr、B的加入用來提高鋼板的淬透性指標。

2.3 加熱制度的優化

2.3.1 調整加熱爐加熱時間。由于高強鋼坯料單重較大，同時受加熱爐加熱能力的影響，原來的加熱時間無法完全保證加熱效果，尤其是爐內全是大板冷料時，出爐后的坯料會存在明顯的黑印。為此，將高強鋼加熱時間由原來的8min/cm提高到9min/cm，加熱時間延長后，加熱效果明顯改善，基本消除了黑印。

2.3.2 調整加熱爐道次占空比。加熱爐四個道次的出爐溫度也存在差異，二四道次溫度偏低，一三道次溫度偏高，導致二四道次的終冷溫度偏高，一三道次的終冷溫度偏低。出爐溫度差異主要影響水冷過程水量的計算和速度控制。為此通過調整加熱爐四個道次的占空比，控制四道次的溫度差;控制加熱爐煤氣熱值，避免熱值忽高忽低造成的出爐溫度波動。終冷溫度的波動是造成最終性能波動的主要因素，因此控制了出爐溫度的波動可有效降低性能的波動。

2.4 軋制工藝的優化

2.4.1 合理控制生產節奏。該廠生產線全部采用自動控制，各工序之間互相連鎖，牽一發而動全身，如軋制節奏控制不好將會出現一系列問題。出鋼速度太快的話，就會出現前一支鋼板尚在矯直而下一支鋼精軋機已經軋制完成的情況，由于程序連鎖下一支鋼是不允許進入Mulpic冷卻系統的，只能在預矯直機前游蕩，導致開冷溫度偏低，尤其是薄規格降溫更快，最終造成本支鋼板冷卻出現波動。為此要求粗軋機操作工在要鋼節奏的控制上更加精準、穩妥，同時粗軋、精軋、矯直各工序之間溝通要更加及時、頻繁，整個生產線實現協調統一。

2.4.2 合理修正二級計算溫度與實際溫度的偏差。該廠終軋溫度由二級溫降模型自動控制，從鋼坯出爐開始，模型會不停地計算坯料的溫度變化情況，直到軋制結束。軋機二級溫度計算的源頭是由加熱爐二級發送的鋼坯出爐溫度，其計算的出爐溫度經常與實際值有非常大的偏差，極端情況下能達到100℃以上，這必將造成精軋終軋溫度的偏差。為此對模型計算的溫度進行適當修正，保證高強鋼終軋溫度的穩定性。

2.4.3 發揮預矯直機在改善軋后板形方面的作用，為均勻冷卻創造條件。預矯直機是該廠特有的設備，主要是為改善軋后鋼板頭尾翹曲，為均勻冷卻創造條件。20mm以下薄規格，采用全自動矯直模式時，二級設定的咬入速度僅為0.3m/s，導致咬入時間變長、開冷溫度無法保證。為此將20mm以下薄規格的矯直模式由全自動改為半自動，操作工手動輸入咬入速度0.75m/s，咬入時間明顯縮短，保證了開冷溫度的穩定性。

3 實施效果

通過對成分、工藝進行改進和優化，70kg級高強鋼TMCP態性能合格率提高到86%以上，20mm及以下薄規格高強鋼的瓢曲率控制在10%以下，不僅節約了熱處理成本，還進一步增強了產線高強鋼的產品保障能力，縮短了產品交付周期，為產品有效占領市場提供了有力保障。

參考文獻

[1] 李德發，王世森，熊玉彰，邢淑清，熊濤，余宏偉.軋后冷卻工藝對鈮鈦微合金化低碳貝氏體鋼組織性能的影響[J].鋼鐵，2013，（48）.

作者簡介：趙華（1980-），女，山東聊城人，山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司工程師，研究方向：軋鋼工藝。

（責任編輯：秦遜玉）