冷卻工藝對kg級高強鋼組織性能影響分析

季鋼柱

【摘 要】在相同的成分配比及軋制工藝條件下，對70kg級試驗鋼進行不同冷卻工藝的生產試驗，通過軋后鋼板金相組織及性能數據結果，研究終冷溫度及冷卻速率對鋼材組織及性能的影響，通過調整控冷工藝實現試驗鋼板強度及塑性的最佳匹配，確立了批量生產70kg級高強鋼的控軋控冷工藝參數。

【關鍵詞】70kg級高強鋼；冷卻工藝；組織性能

Effect of cooling process on microstructure and properties of 70 high strength steel

JI Gang-Zhu

（Shandong iron and steel group，Jinan Shangdong 250100，China）

【Abstract】In same of components ratio and the rolling process conditions Xia， on 70kg level test steel for different cooling process of production test， through rolling Hou plate metallographic organization and the performance data results， research end cold temperature and the cooling rate on steel organization and the performance of effect， through adjustment control cold process achieved test plate strength and the plastic of best match， established has production 70kg level high strength steel of control rolling control cold process parameter.

【Key words】70kg high-strength steel； Cooling process； Microstructure and properties

0 前言

為了改善高強鋼的韌性和焊接性能，需大幅度降低鋼中碳含量，通過TMCP（Thermo Meehaniealcontrol ProcesS）工藝來獲得中溫區轉變的貝氏體組織，保證鋼的最佳強韌性匹配和優良的焊接性能[1]。Q550D作為70kg級高強鋼的代表牌號，要求其具有較高的強度并同時具有良好的塑性、韌性及焊接性能。某鋼廠根據市場需求進行了Q550D中厚板的開發，為保證良好的焊接性能，采用了低碳貝氏體鋼的成分設計，工藝流程則力求以控軋控冷態交貨，降低熱處理工序的生產成本。

本文將通過采用不同控制冷卻工藝的工業生產試驗，對不同冷卻工藝條件下Q550D中厚板組織及性能變化情況進行分析，根據鋼板組織性能數據確定最佳的冷卻工藝，達到以控軋控冷工藝滿足70kg級高強鋼批量化生產的目的。

1 試驗設計

1.1 化學成分

近年來，工程機械的發展對高強度鋼板的綜合性能的要求越來越高，傳統的以固溶強化、析出強化為主來提高強度的做法已不能滿足應用的需要。出于降低成本和改善工藝性能的目的，目前主要以降低碳和合金元素的含量的方法，通過控軋控冷的手段來實現。基于以上因素，試驗鋼設計成分如下：

表1 化學成分 wt%

1.2 軋制工藝

試驗鋼成品厚度規格為25mm，選用某鋼廠210轉爐區域230mm規格坯料，在該鋼廠4300mm寬厚板四輥軋機進行軋制，通過Gleeble-3800熱模擬試驗，采用兩階段控軋工藝，精軋開軋溫度850-860℃，終軋溫度810-820℃。

1.3 冷卻工藝

對試驗鋼進行分批編號，分別進行不同終冷溫度和不同冷卻速度的對比試驗，其中編號a、b、c的試驗鋼進行不同終冷溫度對比試驗，編號d、e、f的試驗鋼進行不同冷卻速率對比試驗。表2為試驗具體控冷工藝參數。

2.1 力學性能結果

6種不同冷卻工藝試驗后的力學性能結果見表3，a工藝屈服強度低于標準要求，f工藝延伸率低于標準要求，b、c、d、e工藝性能結果均可滿足標準要求，其中c、d工藝的強度、塑性匹配最佳。

2.2 終冷溫度對組織的影響

圖1為試驗鋼分別采用a、b、c控冷工藝進行快冷后的金相組織。三種工藝均得到以粒狀貝氏體為主的組織，隨終冷溫度的降低，多邊形鐵素體及準多邊形鐵素體的含量減少，且晶粒更為細化。

（1）661℃ （2）589℃ （3）553℃

2.3 冷卻速率對組織的影響

圖2為試驗鋼分別采用d、e、f控冷工藝進行快冷后的金相組織。三種工藝均得到以粒狀貝氏體為主的組織，隨冷卻速（下轉第98頁）（上接第144頁）率的加快，鋼中針狀鐵素體及粒狀貝氏體的比例增加。

（1）10.9℃/s （2）15.6℃/s （3）20.3℃/s

2.4 終冷溫度對性能的影響

通過力學性能數據分析可以看出，隨著試驗鋼終冷溫度的降低，鋼中貝氏體組織含量增多，強度提高、延伸率降低，但由于貝氏體含量增多導致的韌性下降與晶粒細化導致的韌性提高在一定程度上相互抵消，-20℃低溫沖擊韌性差值不明顯。

2.5 冷卻速率對性能的影響

通過試驗數據對比，屈服強度和抗拉強度均隨冷卻速率的增大而升高，延伸率和-20℃低溫韌性值隨冷卻速率的增大而降低。隨著冷卻速率的增大，貝氏體比例增加，Nb（C，N）等析出增多，導致強度增加，延伸率下降。對于韌性的影響，貝氏體比例提高引起韌性降低起到主導作用。

3 結論

3.1 通過MCP工藝生產70kg級高強度鋼板完全可行。本試驗結果表明，通過對控制冷卻工藝的調整，可以在一定范圍內調整強度及塑性，保證強度與塑性的最佳化。

3.2 在合理的終冷溫度區間內，通過降低終冷溫度，可以提高鋼板的強度，同時會降低延伸率，對沖擊韌性影響不大；隨冷卻速率的加大，鋼材強度增加，延伸率及沖擊值下降。

3.3 采用TMCP工藝生產的Q550D鋼可參考工藝參數：兩階段控制軋制，精軋階段總變形率50%～70%，終軋溫度790～820℃，終冷溫度550～585℃，冷卻速率10～16℃/s。

【參考文獻】

[1]高兵，趙亞娟.終軋溫度和冷卻速度對Q550D鋼組織和力學性能的影響[J].《特殊鋼》2012（03）.

[責任編輯：朱麗娜]