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過(guò)程1鋼板切割不能進(jìn)行完畢

　　介紹了本鋼550MPa級(jí)熱軋高強(qiáng)鋼產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、冶煉、軋制工藝和性能情況。利用本鋼雜質(zhì)較少的優(yōu)質(zhì)鐵水，冶煉出低P、低S、低夾雜物的純凈鋼水，通過(guò)各種強(qiáng)化合金元素的控制，來(lái)保證產(chǎn)品性能；通過(guò)2300mm熱軋機(jī)組較強(qiáng)的控軋控冷能力，保證各溫度點(diǎn)的穩(wěn)定控制，終實(shí)現(xiàn)上述系列高強(qiáng)鋼的通卷穩(wěn)定的力學(xué)性能；開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品不僅具有較高的強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的低溫沖擊韌性、冷成型性能、焊接性能等。新開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)鋼產(chǎn)品已經(jīng)在多家企業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用，用戶使用過(guò)程中板形良好，成型性能優(yōu)異。

　　隨著工程機(jī)械向大型化、輕量化及重載荷等方向的發(fā)展，焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼的強(qiáng)度級(jí)別、使用比例和質(zhì)量要求也在不斷的提高，同時(shí)隨著新國(guó)標(biāo)GB1589-2016《汽車(chē)、掛車(chē)及汽車(chē)列車(chē)外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：6軸列車(chē)的總重限制在49t，而6×2牽引組成的6軸列車(chē)將被限重在46t，表明國(guó)家對(duì)超載超限的控制越來(lái)越嚴(yán)格，因此通過(guò)高強(qiáng)度鋼板的使用來(lái)減輕車(chē)身自重、提高載貨能力的需求也越發(fā)迫切。

　　國(guó)內(nèi)首鋼、太鋼在熱軋高強(qiáng)鋼產(chǎn)品領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)較早，在2010年左右已經(jīng)完成了屈服強(qiáng)度550MPa高強(qiáng)鋼的研發(fā)，應(yīng)用于汽車(chē)底梁制作，達(dá)到較好的減重效果。本鋼集團(tuán)有限前期完成過(guò)高強(qiáng)集裝箱用鋼及高級(jí)別管線用鋼的開(kāi)發(fā)工作，對(duì)相關(guān)合金元素作用機(jī)理有較為深入的研究，尤其是高Ti鋼的析出強(qiáng)化及相變強(qiáng)化作出了大量的基礎(chǔ)分析工作；同時(shí)借助本鋼2300mm機(jī)組超強(qiáng)的控軋控冷能力，能夠?qū)﹃P(guān)鍵溫度點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定控制，有利于通卷性能的穩(wěn)定，是本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的系列高強(qiáng)鋼產(chǎn)品的重要保證。

　　對(duì)于制造車(chē)輛部件、起重運(yùn)輸設(shè)備和其他移動(dòng)設(shè)備的企業(yè)而言，鋼材重量減輕會(huì)使產(chǎn)品降低生產(chǎn)成本、提高有效載荷，從而使產(chǎn)品具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。為適應(yīng)工程機(jī)械發(fā)展的需求，從2015年開(kāi)始，本鋼開(kāi)始開(kāi)發(fā)屈服強(qiáng)度550MPa系列熱軋高強(qiáng)鋼產(chǎn)品并逐步實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，截止到2018年底，生產(chǎn)Q550D、Q550E等鋼種合計(jì)約8萬(wàn)噸，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)由于高強(qiáng)鋼的使用，起到了節(jié)能減排的良好社會(huì)效益。

　　550MPa級(jí)高強(qiáng)鋼執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1591，屈服強(qiáng)度要求≥550MPa，但其抗拉強(qiáng)度要求≥670MPa，抗拉強(qiáng)度實(shí)物已達(dá)700MPa級(jí)，同時(shí)要求良好的低溫沖擊韌性，其中Q550D要求-20℃溫度下的沖擊韌性，Q550E要求-40℃下的低溫沖擊韌性，同時(shí)要求材料具有良好的成型性能、焊接性能及抗疲勞性能，以滿足其在制作汽車(chē)大梁等部件時(shí)的良好使用性能，其具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

　　屈服強(qiáng)度550MPa高強(qiáng)鋼成分設(shè)計(jì)上具有創(chuàng)新性，在成份設(shè)計(jì)上，為合理匹配強(qiáng)韌性，采用了低的碳含量；低的P、S含量，以及硫化物的球化處理，采用Nb、Ti復(fù)合微合金化，配合熱連軋的控軋控冷，通過(guò)細(xì)晶、析出和相變強(qiáng)化機(jī)制，保證卷板獲得要求的性能。其成分設(shè)計(jì)中，為了得到較高的強(qiáng)度，同時(shí)不增加大量的合金成本，采用高Ti的成分設(shè)計(jì)，替代部分的Mn、Nb元素的強(qiáng)化作用，由于Ti價(jià)格低廉，因此較大幅度的降低了合金成本。

　　碳：碳含量控制在0.04%-0.08%之間，采用低的碳含量，以保證鋼板具有良好的成型性、高的韌性和焊接性能。為保證良好的沖擊韌性，Q550E鋼種在Q550D鋼種的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減低了C含量。

　　錳：錳含量應(yīng)控制在1.5%-1.8%之間，除提高強(qiáng)度外，錳可提高奧氏體的穩(wěn)定性，在一定冷速下，抑制奧氏體向鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，使Bs點(diǎn)下降，有利于貝氏體板條的形成和細(xì)化，同時(shí)還可降低析出碳化物的尺寸，促進(jìn)沉淀強(qiáng)化效應(yīng)。

　　鈮：起細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化作用，鈮可提高再結(jié)晶溫度，通過(guò)TMCP可有效細(xì)化晶粒，改善因析出強(qiáng)化造成的韌性降低，從而使鋼板獲得高強(qiáng)度、高韌性的綜合性能。Nb對(duì)細(xì)化晶粒的效果較為顯著，能使精軋時(shí)更多的變形發(fā)生在Tnr溫度以下，Q550E鋼種由于要求-40℃沖擊功，因此Nb含量較比Q550D有所增加，主要是為了晶粒更加細(xì)化，有利于低溫沖擊韌性。

　　鈦：由于鈦合金化成本較低，鈦不但可細(xì)化奧氏體晶粒，通過(guò)TiC的析出還可大幅度的提高強(qiáng)度， 因此上述開(kāi)發(fā)的鋼種均為高Ti鋼成分體系。Ti因?yàn)樵趭W氏體中溶解度高，對(duì)沉淀強(qiáng)化有利，但因其化學(xué)活性太大，加入鋼中的Ti極易與N、S結(jié)合，剩余部分對(duì)形成TiC沉淀、提升性能有效，這部分Ti被稱為“有效Ti”，這種有效Ti隨鋼中S、N、O等元素變化波動(dòng)很大，故含Ti鋼性能很難保持穩(wěn)定。高溫條件下，鋼中的N元素會(huì)優(yōu)先形成TiN，鋼中的S元素與Ti結(jié)合形成Ti4C2S3，當(dāng)Ti含量足夠?qū)�鋼中的N和S全部固定后，多余的Ti才形成TiC。TiC粒子在相間或相變后在鐵素體內(nèi)析出，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化效果。鋼中的有效Ti含量主要取決于Ti、S、N含量，S和N含量越低，有效Ti的含量越高，強(qiáng)化效果越明顯，因此，為保證材料力學(xué)性能穩(wěn)定，除了保證穩(wěn)定的C、Ti含量外，穩(wěn)定控制N和S含量是非常重要的。

　　硫含量及硫化物形態(tài)控制：為保證在高強(qiáng)度下鋼板具有良好的冷彎性能，硫含量要求不大于0.004%，并通過(guò)喂硅鈣線對(duì)硫化物進(jìn)行球化處理，同時(shí)降低鋼中的氧含量。

　　Q550D及Q550E鋼種的顯微組織設(shè)計(jì)是鐵素體+貝氏體+少量珠光體，控軋控冷工藝控制的目的是為了得到需要的組織和性能，對(duì)組織和性能影響較大的熱軋工藝參數(shù)主要是板坯加熱溫度、開(kāi)軋溫度、終軋溫度、卷取溫度、冷卻速度和冷卻方式。

　　Q550D、Q550E是以析出強(qiáng)化為主的高Ti鋼，其高強(qiáng)度主要源于TiC、NbC等析出物，因此，選擇了1240℃較高的加熱溫度，在這一溫度下，使得已經(jīng)存在的大部分Nb和Ti的C、N化物再度固溶，然后在軋制和卷取過(guò)程中析出，起到細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化作用。通過(guò)高Ti鋼的生產(chǎn)實(shí)踐表明，加熱溫度對(duì)強(qiáng)度影響較大，加熱溫度偏低往往是造成拉伸強(qiáng)度偏低的主要原因。

　　550MPa級(jí)高強(qiáng)鋼終軋溫度的選擇主要考慮的是充分細(xì)化奧氏體晶粒，同時(shí)為后續(xù)相變獲得更多的鐵素體和貝氏體含量創(chuàng)造條件，為此需在Ar3以上盡可能的降低終軋溫度。隨著終軋溫度的降低，形變存儲(chǔ)能增加，缺陷增多，降低了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使形變奧氏體更容易發(fā)生由奧氏體向鐵素體的相變，同時(shí)形核點(diǎn)增多，有利于后續(xù)相變時(shí)鐵素體的晶粒細(xì)化和含量增加。550MPa高強(qiáng)鋼是含Nb微合金化鋼，隨著終軋溫度的降低，未再結(jié)晶區(qū)的累積變形量增加，使奧氏體晶粒變薄、拉長(zhǎng)，增加滑移帶和位錯(cuò)密度，增加有效晶界面積，從而增加形核點(diǎn)，進(jìn)一步細(xì)化相變后的鐵素體及貝氏體晶粒。綜上所述，同時(shí)考慮軋機(jī)的能力和順行，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，確定終軋溫度為830-860℃。

　　550MPa級(jí)熱軋高強(qiáng)鋼在冷卻和卷取過(guò)程中，經(jīng)歷以下三種組織轉(zhuǎn)變：1）在鐵素體晶界和晶粒內(nèi)位錯(cuò)析出，是析出強(qiáng)化的主要來(lái)源；2）鐵素體晶粒的回復(fù)、再結(jié)晶和長(zhǎng)大使強(qiáng)度下降；3）析出粒子非共格化、長(zhǎng)大和聚集，對(duì)位錯(cuò)或晶界移動(dòng)的阻礙作用減弱使強(qiáng)度下降。

　　卷取溫度的選擇必須兼顧上述三種轉(zhuǎn)變過(guò)程，即不能高也不能過(guò)低，較高的卷取溫度，如630℃時(shí)，過(guò)程2）和3）將占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；過(guò)低的卷取溫度，如530℃時(shí)，過(guò)程2）和3）很弱或者根本就不發(fā)生，同時(shí)由于動(dòng)力學(xué)的原因，過(guò)程1）不能進(jìn)行完畢，Nb、Ti化物的析出被“凍住”而消弱了析出強(qiáng)化效果。因此，確定析出的溫度和獲得較多的非多邊形鐵素體，才能綜合發(fā)揮各強(qiáng)化機(jī)制的作用，大量的研究結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐表明，600℃左右的卷取溫度是析出的溫度。

　　550MPa級(jí)高強(qiáng)鋼產(chǎn)品容易出現(xiàn)沖擊功波動(dòng)的問(wèn)題，技術(shù)條件中要求-20℃或-40℃沖擊功≥47J，實(shí)際檢驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)不合標(biāo)準(zhǔn)的情況，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度高是造成-20℃或-40℃低溫沖擊不合的主要原因，一是鋼板厚度較厚，精軋變形量小控軋難，晶粒細(xì)化和均勻性差；二是此鋼種采用的主要強(qiáng)化機(jī)制是TiC的析出強(qiáng)化，析出強(qiáng)化提高強(qiáng)度的同時(shí)提高轉(zhuǎn)變溫度。同時(shí)從組織上看，晶粒不均的現(xiàn)象比較明顯，主要是提高淬透性元素含量較低，造成表面和心部冷卻不均。

　　通過(guò)金相組織分析發(fā)現(xiàn)，沖擊功不合的厚規(guī)格高強(qiáng)鋼產(chǎn)品的晶粒不均的現(xiàn)象非常明顯，尤其是表面及心部組織差異較大，表面組織細(xì)小，心部組織較為粗大，這種組織結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊性能極為不利，因此通過(guò)改變軋制工藝的方式，使組織細(xì)小均勻，較大幅度地提高沖擊韌性，具體方案如下：

　　①粗軋兩道次壓下量＞35mm，粗軋后一道次壓下率≥25%，保證原始奧氏體晶粒的充分細(xì)化；

　　②中間坯厚度由45mm調(diào)整為55mm，保證精軋區(qū)域變形量增加，保證成品晶粒的細(xì)化；

　�、蹏�(yán)格控制精軋溫度≤1050℃，使精軋區(qū)域更多的變形發(fā)生在Tnr溫度以下，得到理想的F+B組織，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的同時(shí)提高沖擊性能。

　　通過(guò)上述方案的實(shí)施，目前高強(qiáng)鋼系列產(chǎn)品的沖擊功均值由原來(lái)的54J提高到目前的115J，均值提高61J，解決了沖擊不合的問(wèn)題。

　　通過(guò)上述成分及軋制工藝的合理設(shè)計(jì)，本鋼開(kāi)發(fā)的屈服強(qiáng)度550MPa級(jí)高強(qiáng)鋼，其強(qiáng)度完全達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)沖擊性能優(yōu)異，具備良好的冷彎性能和冷成型性能、焊接性能，具體如下：

　　通過(guò)表3及表4可見(jiàn)，Q550D及Q550E鋼種各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合要求，且具有較高的延伸率和低溫沖擊韌性，證明其成分及軋制工藝設(shè)計(jì)是合理的。

　　為了了解Q550D及Q55OE鋼板的低溫沖擊韌性，進(jìn)行了系列沖擊試驗(yàn)。圖1為厚度10.0mm的Q550D及Q550E鋼 種的系列沖擊功曲線℃時(shí)沖擊功仍可達(dá)40J以上，Q550E鋼板在-60℃時(shí)沖擊功仍然滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，證明具有良好的低溫韌性。

　　對(duì)Q550D及Q550E鋼板進(jìn)行了180°寬度b=50mm，d=a的橫向彎曲試驗(yàn)，結(jié)果全部合格，見(jiàn)圖2，表明試驗(yàn)鋼板除抗拉強(qiáng)度達(dá)到了700MPa外，還具有優(yōu)良的冷彎成型性能。

　　通過(guò)上述各項(xiàng)控制手段，終得到了以鐵素體+貝氏體+少量珠光體為主的金相組織，鐵素體晶粒度12級(jí)，組織均勻、細(xì)小，表明成分和軋制工藝是合理的，冷卻速率比較合理，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。同時(shí)也保證了良好的低溫沖擊韌性。

　　1）利用本鋼雜質(zhì)較少的優(yōu)質(zhì)鐵水，冶煉出低P、低S、低夾雜物的純凈鋼水，通過(guò)各種強(qiáng)化合金元素的控制，來(lái)保證產(chǎn)品性能；通過(guò)2300mm機(jī)組較強(qiáng)的控軋控冷能力，保證各溫度點(diǎn)的穩(wěn)定控制，終實(shí)現(xiàn)上述系列高強(qiáng)鋼的通卷穩(wěn)定的力學(xué)性能。

　　2）通過(guò)低成本的合金成分設(shè)計(jì)尤其是有效Ti的穩(wěn)定控制，同時(shí)采用特殊的控制控冷工藝手段，使得開(kāi)發(fā)出550MPa級(jí)高強(qiáng)鋼產(chǎn)品不但具有較高的強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的低溫沖擊韌性、冷成型性能等。

　　3）開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)用于制作深圳中集車(chē)輛汽車(chē)底梁、大連中集保險(xiǎn)柜支架、金天馬集團(tuán)改造車(chē)大梁、平安車(chē)業(yè)自卸車(chē)車(chē)廂板等部件，用戶使用過(guò)程中板形良好，成型性能優(yōu)異。（劉志璞 胡小強(qiáng) 閔洪剛）
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