正火控冷工藝對Q370QE鋼板組織和性能的影響

陳尹澤 李 娜 王立群 宋立偉 徐 博

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

正火控冷工藝對Q370QE鋼板組織和性能的影響

陳尹澤 李 娜 王立群 宋立偉 徐 博

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

采用正火控冷試驗研究Q370qE鋼板的生產工藝，結合力學試驗和金相組織研究正火控冷工藝對Q370qE鋼板組織和性能的影響，結果表明：鋼板強度隨冷卻速度的增加和終冷溫度的降低而增加，當冷卻速率在8 ℃/s～14 ℃/s時，終冷溫度在600 ℃～660 ℃之間，屈服強度增加約10 MPa～50 MPa，抗拉強度增加約0 MPa～20 MPa，組織為細化的鐵素體和珠光體，滿足橋梁鋼所需的力學性能、沖擊性能和焊接性能。

Q370qE 正火控冷 冷卻速率

0 前言

熱處理是生產高性能和高附加值鋼板的重要工序，不僅可以改進鋼板的加工性能，而且能顯著改善鋼板的力學性能。其中，正火熱處理是提高鋼板韌性、改善鋼板組織的重要工藝手段。常規中厚板正火后的冷卻通常采用空冷方式，相變溫度較高，鐵素體晶粒粗大，導致鋼板屈服強度大幅度降低，甚至達不到標準要求[1]。

中厚板軋后加速冷卻(ACC)工藝是通過控制鋼板的軋后冷卻速度和終冷溫度以達到改善鋼材的組織和性能、進一步提高鋼材的韌性和獲得較好的綜合力學性能的冷卻工藝。借鑒軋制后加速冷卻原理，通過控制正火后的冷卻速度，降低鋼板的相變溫度，控制相變類型，細化相變組織，也可以抑制微合金元素碳氮化物的長大，使其低溫彌散析出，從而提高鋼材的強度，保持鋼材的韌性不降低，使鋼板獲得良好的綜合力學性能[2]。

安鋼正火熱處理產品在實際生產過程中，經常規正火后的鋼板，對比熱軋性能，屈服強度下降10 MPa～40 MPa，抗拉強度下降10 MPa～40 MPa，延伸率和沖擊韌性等加工性能有所提高。Q370qE正火后強度指標偏低，針對這一問題，通過開發淬火機低壓段冷卻模式，適度控制鋼板正火后的冷卻速度，以提高鋼板強度，獲得良好的綜合力學性能。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用材料為安鋼爐卷機組生產的20 mm～25 mm Q370qE鋼板，鋼板采用控制軋制+控制冷卻工藝生產，其化學成分見表1。

1.2 試驗方法

表1 試驗鋼化學成分(質量分數) %

Q370qE的Ac3溫度為870 ℃，正火溫度定為900 ℃，正火時間采用1.4 h+10 min，確保晶粒細化、均勻。正火后控冷工藝設備采用淬火機，關閉冷卻水高壓段，將冷卻效果集中在低壓段。根據鋼種、規格確定開啟組數、流量、水比和輥道速度，鋼板冷卻速率控制在8 ℃/s～12 ℃/s。最終使鋼板“返紅”(由于心部溫度高， 表面溫度有一定程度回升) 溫度達到600 ℃～650 ℃后自然冷卻。

2 試驗結果與分析

2.1 冷卻速率對Q370qE鋼板性能的影響

冷卻速率是正火控冷工藝中最重要的參數。NAC工藝通過開啟組數、上水流量和輥道速度來控制冷卻速度。不同冷卻速率對Q370qE鋼板力學性能的影響如圖1所示，不同冷卻速率下的金相組織如圖2所示。

圖1 鋼板不同冷卻速率對性能的影響

從圖1可知，材料強度隨著冷卻速率的增加而增加。冷卻速率≤10 ℃/s時，對Q370qE屈服強度值提高10 MPa～20 MPa，抗拉強度提高0 MPa～10 MPa，冷卻速率10 ℃/s～15 ℃/s時，屈服強度提高30 MPa～50 MPa,抗拉強度提高10 MPa～20 MPa，當冷卻速率≥15 ℃/s時，終冷溫度溫度較低，屈服強度提高50 MPa～70 MPa,抗拉強度提高15 MPa～35 MPa。

圖2為不同冷速下的金相組織，在冷卻速度為8 ℃/s～10 ℃/s時，金相組織為鐵素體+珠光體；冷卻速率為10 ℃/s～14 ℃/s時，金相組織為多邊形鐵素體+少量針狀鐵素體+珠光體；冷卻速率為≥15 ℃/s時，金相組織為多邊形鐵素體+貝氏體+馬氏體+少量珠光體，由于組織中貝氏體、馬氏體的增加，導致強度大幅提升、延伸率大幅下降。NAC后晶粒度與正火相比晶粒度提高1.5～2級，與熱軋相比，晶粒度提高2～2.5級。

(a)8 ℃/s

(b)12 ℃/s

(c)17 ℃/s

圖2 鋼板不同冷卻速率的金相組織

綜上可知，當冷卻速度在8 ℃/s～14 ℃/s時，屈服強度增加約10 MPa～50 MPa，抗拉強度增加約0 MPa～20 MPa，鋼板組織均勻，綜合性能較好。

2.2 終冷溫度對Q370qE鋼板性能的影響

終冷溫度涉及鋼板的組織轉變溫度，不同的組織和晶粒度，都與鋼板的性能有關。

隨著終冷溫度的降低，Q370qE鋼板強度逐漸增加。當終冷溫度>700 ℃時，NAC工藝對Q370qE鋼板強度的改善不明顯。當終冷溫度降至600 ℃～660 ℃時，組織為鐵素體+珠光體，隨終冷溫度的降低，晶粒逐漸細化，Q370qE鋼板強度提高，延伸率略有下降。隨著終冷溫度進一步 降低至550℃～600℃時，形成貝氏體+馬氏體+多邊形鐵素體組織，Q370qE鋼板鋼板強度增加明顯，延伸率急劇下降。鋼板在不同終冷溫度下的金相組織如圖3所示。

(a) 640 ℃

(b) 560 ℃

綜上可知，終冷溫度應控制在600 ℃～660 ℃之間，組織為細化的鐵素體和珠光體，韌塑性良好。該溫度區間一方面通過大冷速提高鐵素體形核率，抑制晶粒長大，細化晶粒；另一方面確保室溫組織為F+P，滿足橋梁鋼所需的力學性能、沖擊性能和焊接性能。

3 結論

(1)正火后合理的控制冷卻工藝可以有效提高Q370qE鋼板性能。

(2)材料強度隨著冷卻速率的增加而增加。當冷卻速度在8 ℃/s～14 ℃/s時，屈服強度增加約10 MPa～50 MPa，抗拉強度增加約0 MPa～20 MPa，鋼板組織均勻，綜合性能較好。

(3)終冷溫度應控制在600 ℃～660 ℃之間，組織為細化的鐵素體和珠光體，滿足橋梁鋼所需的力學性能、沖擊性能和焊接性能。

[1] 高立福. 萊鋼寬厚板正火控冷工藝的開發與應用[J].山東冶金 ，2015,37(5):10-12.

[2] 彭賓，王紹祿，王杰，等.中厚板正火后控冷工藝的研究與應用[J].寬厚板， 2010,16(2):13-15.

EFFECT OF NORMALIZING AND CONTROLLED COOLING ON THE MICROSTRUCTURE AND PERFORMANCE OF Q370QE STEEL PLATES

Chen Yinze Li Na Wang Liqun Song Liwei XuBo

( Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd )

Studies are implemented on the production process of Q370qE steel plate by means of normalizing and controlled cooling test and the effect of normalizing and controlled cooling process on the microstructure and properties of Q370qE steel plate by means of mechanical tests and metallographic structure examination．The results show that the strength of the steel plate increases with water cooling rate and the decrease of final cooling temperature． When the cooling speed within 8 ℃～14 ℃/s, final cooling temperature is between 600 ℃～660 ℃, the yield strength increases about 10 MPa～50 MPa, about 0 MPa～20 MPa tensile strength increased, organization for the refinement of ferrite and pearlite, meet the required mechanical properties and impact properties of bridge steel and welding performance.

Q370qE Normalizing controlled cooling system Cooling rate

澤，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團有限責任公司技術中心；

2017-1-10