800 MPa調質高強鋼寬厚板的開發

羅 毅，鮑海燕

（1武漢鋼鐵（集團）公司研究院，湖北 武漢430080；2武漢鋼鐵集團鄂城鋼鐵有限責任公司，湖北 鄂州436002）

800 MPa調質高強鋼寬厚板的開發

羅 毅1，鮑海燕2

（1武漢鋼鐵（集團）公司研究院，湖北 武漢430080；2武漢鋼鐵集團鄂城鋼鐵有限責任公司，湖北 鄂州436002）

介紹了800 MPa調質高強鋼寬厚板的開發情況，采用C-Mn-Cr-Mo及微合金化的成分設計，結合熱軋+調質工藝生產了厚60 mm、寬3 800 mm、成品單重約20 t的鋼板，鋼板質量滿足交貨要求，鋼板組織為回火馬氏體和貝氏體，在原奧氏體晶粒內部呈不同方向的板條束排列，將原奧氏體晶粒分割成若干區域，從而保證了鋼板具有高強度和高韌性的匹配。

800 MPa級高強鋼；寬厚板；調質；組織

隨著能源、化工、機械等領域的迅速發展，高強度結構鋼市場需求日益增大，而且為了滿足上述行業中工程結構自重降低，裝載能力提高的發展趨勢，抗拉強度在800 MPa的鋼板用量越來越多。以工程機械用鋼為例，800 MPa級高強鋼在挖掘機、推土機、各類起重設備及煤礦液壓支架等機械裝備中逐漸得到應用，并且鋼板朝著厚規格和大單重的方向發展［1］。為了滿足以上需求，結合現有設備能力，武鋼成功開發并生產了800 MPa級調質高強鋼寬厚板。本研究分析武鋼生產的厚60 mm、寬3 800 mm、成品單重約20 t鋼板的成分設計、淬火和回火工藝，分析該鋼種的組織及性能情況。

1 成分設計

800 MPa級調質高強鋼的成分如表1所示。

表1 800 MPa級調質高強鋼成分（質量分數）%

C的加入在鋼中一方面起固溶強化作用，另一方面對于調質鋼，C是用于提高淬透性強化鋼材最經濟的元素，但如果C含量過高，則將降低鋼的塑韌性，特別是損害鋼的焊接性。因此，將C含量設計在0.15%以內。

Mn能夠降低γ→α相變溫度，而γ→α相變溫度的降低對鐵素體晶粒尺寸有細化作用。另外，Mn還是較強的固溶強化的元素，常被作為低合金高強度鋼中的主要合金元素而被廣泛應用，故選Mn作為主要強化元素之一，其含量在1.2%～2.0%。

Cr、Mo的加入通過固溶強化有利于強度的提高，提高鋼的淬透性，同時鋼中加入微量的B，Mo-B復合使鋼的連續冷卻轉變曲線右移，顯著提高鋼的淬透性，故加入適量的Mo、Cr和B。其中Cr+Mo含量不超過0.80%，使鋼板在淬火時，在整個厚度范圍內均能淬透。

Nb、V、Ti復合微合金化處理有利于改善鋼的強韌性，其中Nb在控軋過程中，通過抑制再結晶和阻止晶粒長大，細化奧氏體晶粒尺寸；V具有較高的析出強化作用，用來提高鋼的強度；Ti通過細小的Ti（CN）粒子在焊接過程中能顯著阻止熱影響區晶粒長大，從而達到改善焊接性能。因此，設計Nb+V+Ti含量范圍為0.08%～0.15%。

2 工藝流程設計

800 MPa級調質高強鋼生產工藝流程：鐵水脫硫→轉爐冶煉→LF精煉→RH精煉→板坯連鑄機連鑄→鑄坯加熱→軋制→淬火→回火→檢驗→入庫。

鑄坯加熱過程中，為了Nb、V、Ti微合金化元素能充分固溶，發揮析出強化作用，同時又不至于促使奧氏體晶粒過分長大，將加熱溫度設定在1 200～1 250℃，軋制生產了厚60 mm、寬3 800 mm、成品單重約20 t的鋼板。其軋制和調質的主要生產技術控制要點如下：

2.1 鋼坯軋制技術

武鋼寬厚板產線生產800 MPa級高強鋼板時，采用兩階段軋制，第一階段軋制溫度1050～1150℃，采用高溫大壓下技術以促進基體充分再結晶；為了保證得到尺寸合適、大小均勻的晶粒，第二階段軋制溫度在860～950℃之間。軋后進入ACC冷卻，在便于矯直的前提下，澆水給以降低鋼板溫度，隨后進行矯直，確保鋼板的不平度不高于5 mm/1 000 mm。

2.2 鋼板調質工藝技術

軋制后的鋼板進行調質處理才能獲得良好的綜合性能。由于鋼中含有較多的Nb、V及Ti等強碳化物形成元素，其奧氏體晶粒粗化溫度較高，可選擇較高的淬火溫度，從而加速Mn、Cr等合金元素和碳化物重新溶入奧氏體，增大奧氏體中含碳量和合金元素含量，提高過冷奧氏體的穩定性，淬火后全厚度鋼板均能夠淬透。基于大生產經驗，確定鋼板的淬火溫度為930℃，冷卻介質為水。

回火工藝主要目的是均勻組織、提高鋼板的綜合力學性能，并且消除淬火過程中產生的應力，根據如圖1所示的試驗結果，淬火態試樣在500～600℃回火，隨回火溫度的升高，鋼板強度降低，塑韌性提高；鋼板在550℃回火，有較好的強韌性匹配。因此，對熱軋后淬火的鋼板進行熱處理的回火溫度選擇550℃。

圖1 實驗室調質處理后鋼板性能

3 鋼板的力學性能和組織

從10塊60 mm厚鋼板的板厚1/4處取橫向拉伸試樣和縱向沖擊試樣測試力學性能，鋼板的屈服強度在730～750 MPa，抗拉強度在820～840 MPa，伸長率均在17%～18%，-20℃沖擊功都高于220 J，同時還在鋼板的心部取樣進行沖擊試驗，心部沖擊功約180 J，稍低于板厚1/4處的沖擊功，高于GB/T 16270—2009標準的性能要求。

60 mm厚鋼板板厚1/4處和心部的金相組織如圖2所示，從金相組織來看，兩個部位的組織沒有明顯區別，均為回火馬氏體和貝氏體組織，只是心部由于淬火時冷卻稍慢，晶粒稍大于板厚1/4處。原奧氏體晶界明顯，在原奧氏體晶粒內部不同方向的板條束交錯排列，將原奧氏體晶粒分割成若干區域，從而保證了鋼板的具有高強度和高韌性的匹配。

圖2 60 mm厚鋼板金相組織

4 結 論

4.1 按照調質高強鋼的成分設計理念，武鋼開發了800 MPa級調質高強鋼，生產的厚60 mm、寬3 800 mm、成品單重約20 t鋼板板形和性能都滿足生產交貨要求。

4.2 鋼板的組織為回火馬氏體和貝氏體，其不同方向的板條束交錯排列，將原奧氏體晶粒分割成若干區域，從而保證了鋼板具有較好的強韌性匹配。

［1］ 羅毅.800 MPa級低合金高強鋼板的開發生產［J］.鋼鐵研究，2013，41（Z2）：63-65.

［2］ 康健，王昭東，王國棟，等.低成本工程機械用Q690E級高強鋼的熱處理工藝與工業化［J］.鋼鐵 2011，46（6）：86-90.

Development of 800 MPa Grade Quenched and Tempered Wide and Heavy Steel Plate

LUO Yi1，BAO Haiyan2
（1 Research and Development Center of Wuhan Iron and Steel(Group)Company，Wuhan 430080，China;2 Echeng Iron and Steel Co.，Ltd.，Wuhan Iron and Steel Group，Ezhou 436002，China）

TG335.5+1

A

1004-4620（2017）05-0019-02

2017-07-20

羅毅，男，1981年生，2009年畢業于上海大學冶金工程專業，博士。現為武漢鋼鐵（集團）公司研究院高級工程師，從事結構鋼產品的開發研究。

800 MPa grade high-strength steel;wide and heavy plate;quenched and tempered;microstructure