TMCP工艺生产40mm厚700 MPa级低碳贝氏体钢试验研究

姚文献康永林韦弦于爱民

(1.北京科技大学;2.安阳钢铁集团有限责任公司)

TMCP工艺生产40mm厚700 MPa级低碳贝氏体钢试验研究

姚文献1，2康永林1韦弦2于爱民2

(1.北京科技大学;2.安阳钢铁集团有限责任公司)

介绍了微合金化结合TMCP+回火工艺生产40mm700 MPa级低碳贝氏体钢的实验过程。通过对40mm厚700 MPa级低碳贝氏体钢合理的成分、工艺设计和关键工艺控制的研究分析，制定合理的TMCP+回火工艺，成功开发出40mm厚规格700 MPa级低碳贝氏体钢。

低碳贝氏体钢 厚规格 TMCP工艺 回火 力学性能 组织

0 前言

AH70DB、AH80DB低碳贝氏体钢为安钢自主研发的高强度工程机械用钢，现已广泛应用在国内的工程机械领域，尤其是煤机制造行业。目前30mm以上700 MPa级高强度钢板大都采用调质处理生产，而采用TMCP工艺生产40mm700 MPa级高强板，需要在合金设计、纯净度控制、控制轧制和控制冷却工艺，以及回火工艺等多方面做的更精细、更合理，才能保证其综合性能良好。

该产品的工业试制是在安钢第二炼轧厂150 t转炉—3500mm炉卷轧机—热处理上进行的，其工艺路线为:铁水预脱硫→150 t转炉→LF/VD炉外精炼→板坯连铸→控轧→控冷→矫直→剪切→热处理。

1 试验材料

1.1 试验用钢成分

由于TMCP工艺条件下的AH70DB生产工艺稳定，综合性能良好，因此成分上仍采用低碳，复合加入B、Mn等淬透性元素。通过位错强化，微合金强化获得具有高密度位错亚机构的均匀细小的贝氏体组织，同时配合合理的热处理制度充分发挥低碳贝氏体钢的潜力，达到良好的强韧性配合。试验用钢采用150mm×2600mm连铸坯，其化学成分见表1。

表1 试验钢化学成分 wt%

1.2 连铸坯的质量

在保证铸坯质量上利用精炼与真空脱气装置，保证钢纯净度，利用宽板坯连铸机、动态轻压下确保铸坯质量。目前大生产铸坯质量较好，无内部裂纹。铸坯低倍评级统计见表2。

表2 铸坯低倍评级

2 厚规格低碳贝氏体钢工艺设计

在TMCP工艺中，采用高密层冷，强制加速冷却，获得较低的中温转变温度。通过细化中温转变贝氏体组织，在奥氏体区域利用控冷装置加速冷却，使钢板从奥氏体区过冷到贝氏体转变区域，最终获得粒贝或一定量的板条状贝氏体组织。由于组织类型、各项组织所占比例、组织细化程度和第二相粒子的析出行为等共同决定低碳贝氏体钢的最终力学性能［1－4］，利用热轧后的热处理对低碳贝氏体钢显微组织及析出行为的影响，得到理想的组织与性能。

2.1 轧制工艺及冷却制度

热轧采用TMCP工艺。加热温度1200℃～1250℃，保温时间1 h。轧制分两阶段进行，高温阶段通过轧制道次间的反复再结晶充分细化奥氏体组织。低温阶段通过未再结晶区内的变形，增加相变形核位置，未再结晶区累积变形量大于60%。终轧温度尽可能接近Ar3相变温度，以便将轧制过程产生的变形带、位错和晶粒压扁保持至相变以后。厚规格ACC控制略低，目的是依靠一定量的板条贝氏体+粒贝提高强度，因此厚规格终冷温度比薄规格略低，实际控制小于450℃。表3为不同控冷工艺及性能，组织如图1所示。

表3 试验钢不同控冷工艺及性能

图1 为不同终冷温度条件下的组织形貌

2.2 热处理工艺

厚规格AH70DB回火处理的主要目的是改善韧性，达到良好的强韧性匹配，强度更加稳定，冲击韧性优于不回火钢板。回火温度选择480±10℃，加热系数采用3.0mm/min，保温时间10min。表4为试验钢480℃回火后的性能，组织如图2所示。

表4 试验钢480℃回火力学性能

图2 为不同终冷条件下480℃回火后的组织形貌

3 分析与讨论

3.1 轧制工艺对厚规格低碳贝氏体钢组织性能的影响

TMCP工艺中控制轧制二阶段压下率是一个非常关键的工艺参数，未再结晶区控制轧制直接决定了相变后贝氏体细化的效果，从而影响到屈服强度和冲击韧性［5］。表2中4#样和5#样其它工艺条件相同，5#样未再结晶累计压下率大组织较细，MA岛尺寸细小，对应的强度较高，而未再结晶累计压下率较小组织较粗，MA岛尺寸较大，强度较低。由于对于含铌低碳贝氏体钢，除经过再结晶温度区的反复再结晶使奥氏体晶粒细化，未再结晶区奥氏体变形对中温转变组织也有明显作用［6］，尤其是厚规格更应增加二阶段累积变形率以细化组织。

3.2 冷却制度对厚规格低碳贝氏体钢组织性能的影响

据资料［7］随终冷温度降低，贝氏体比例增大，强度升高，冲击韧性值降低，韧脆转变温度升高。表1 中3#、4#、5#终冷控制为400 ℃ ～450 ℃，1#和2#终冷为500℃ ～550℃，虽然性能均满足要求，但强度较高，冲击没有高终冷稳定。针对不同的强塑性要求，可以控制不同的终冷温度来满足。对于AH70DB钢来说，终冷温度应控制在450℃ ～530℃范围内，但由于厚规格要达到一定比例的中温转变组织其终冷温度应更低些，为400℃ ～450℃，冲击韧性的降低可以通过回火加以改善。

3.3 回火工艺对厚规格低碳贝氏体钢组织性能的影响

热轧后的热处理制度对低碳贝氏体钢的显微组织和析出行为具有显著影响。厚规格AH70DB回火的主要目的是改善低温冲击韧性，强度更加稳定。试验钢在480℃后冲击得到了明显改善且稳定无散值，延伸增加，强度有下降，屈强比增加。主要是回火态发生C扩散，低碳贝氏体组织由亚稳态向稳定态过渡，发生饱和固溶体析出，这类析出主要有碳化物析出，微合金相的长大，高密度位错的移动和合并及新的第二相析出，从而导致屈服强度与抗拉强度下降，而低终冷条件下的抗拉强度下降幅度尤为明显，说明大量硬相组织在回火过程中被软化，而合并与析出的共同作用使得屈服强度下降幅度远小于抗拉强度，从而屈强比明显增加。同时回火由于软化作用，改善了相本身的韧性，从而使低温韧性得到有效改善。

4 结论

1)采用TMCP+回火工艺，通过提高二阶段累计变形率、降低终冷温度、回火处理等措施，可以达到厚规格700 MPa级低碳贝氏体钢性能要求，综合性能良好。

2)试验结果表明，厚规格AH70DB的生产性能保证主要依靠TMCP工艺，通过回火改善韧塑性。

3)TMCP工艺中变形温度、变形量、冷却开始温度、冷却速度等都会对贝氏体钢的最终组织产生明显影响，特别是各类组织的配比明显的不同，合理的组织类型配比对改善材料的综合性能十分有力。

［1］康永林，陈庆军，王克鲁，等.700MPa级低碳贝氏体钢的热处理工艺研究［J］.材料热处理学报，2005.26(3):96－99.

［2］方鸿生，刘东雨，徐光平，等.贝氏体钢的强韧化途径［J］.机械工程材料.2001.25(6):1－5.

［3］王六定，朱明，陈景东，等.低碳超高强度贝氏体钢的组织细化［J］.材料热处理学报，2007.28(5):42－45.

［4］聂燚，董文龙，赵运堂，等.高强度贝氏体钢工艺和组织对性能的影响［J］.北京科技大学学报，2006.28(8):733－738.

［5］于爱民，孙斌，李静宇，等.轧制工艺对700 MPa级低碳贝氏体钢组织性能的影响，河南冶金，2008.16(2):18－19.

EXPERIMENTAL RESEARCH ON40 MM700 MPA GRADE LOW CARBON BAINITIC STEEL FROM TMCP

Yao Wenxian1，2Kang Yonglin1Wei Xian2Yu Aimin2
(1.University of Science and Technology Beijing;2.Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

It introduces the experimental process of40mm700 MPa low carbon bainitic steel produced by microalloying，TMCP and tempering process.Through studying and analyzing appropriate composition，process design and key process control，the reasonable TMCP+tempering technology has been determined and40mm700 MPa low carbon bainitic steel developed successfully.

low carbon bainitic steel heavy gauge TMCP process temper mechanical property structure

联系人:康永林，教授，博士生导师，北京(100083)，北京科技大学材料学院，新金属材料国家重点实验室;

2012—2—3