正火控冷工艺对Q370QE钢板组织和性能的影响

陈尹泽 李 娜 王立群 宋立伟 徐 博

(安阳钢铁集团有限责任公司)

正火控冷工艺对Q370QE钢板组织和性能的影响

陈尹泽 李 娜 王立群 宋立伟 徐 博

(安阳钢铁集团有限责任公司)

采用正火控冷试验研究Q370qE钢板的生产工艺，结合力学试验和金相组织研究正火控冷工艺对Q370qE钢板组织和性能的影响，结果表明：钢板强度随冷却速度的增加和终冷温度的降低而增加，当冷却速率在8 ℃/s～14 ℃/s时，终冷温度在600 ℃～660 ℃之间，屈服强度增加约10 MPa～50 MPa，抗拉强度增加约0 MPa～20 MPa，组织为细化的铁素体和珠光体，满足桥梁钢所需的力学性能、冲击性能和焊接性能。

Q370qE 正火控冷 冷却速率

0 前言

热处理是生产高性能和高附加值钢板的重要工序，不仅可以改进钢板的加工性能，而且能显著改善钢板的力学性能。其中，正火热处理是提高钢板韧性、改善钢板组织的重要工艺手段。常规中厚板正火后的冷却通常采用空冷方式，相变温度较高，铁素体晶粒粗大，导致钢板屈服强度大幅度降低，甚至达不到标准要求[1]。

中厚板轧后加速冷却(ACC)工艺是通过控制钢板的轧后冷却速度和终冷温度以达到改善钢材的组织和性能、进一步提高钢材的韧性和获得较好的综合力学性能的冷却工艺。借鉴轧制后加速冷却原理，通过控制正火后的冷却速度，降低钢板的相变温度，控制相变类型，细化相变组织，也可以抑制微合金元素碳氮化物的长大，使其低温弥散析出，从而提高钢材的强度，保持钢材的韧性不降低，使钢板获得良好的综合力学性能[2]。

安钢正火热处理产品在实际生产过程中，经常规正火后的钢板，对比热轧性能，屈服强度下降10 MPa～40 MPa，抗拉强度下降10 MPa～40 MPa，延伸率和冲击韧性等加工性能有所提高。Q370qE正火后强度指标偏低，针对这一问题，通过开发淬火机低压段冷却模式，适度控制钢板正火后的冷却速度，以提高钢板强度，获得良好的综合力学性能。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验用材料为安钢炉卷机组生产的20 mm～25 mm Q370qE钢板，钢板采用控制轧制+控制冷却工艺生产，其化学成分见表1。

1.2 试验方法

表1 试验钢化学成分(质量分数) %

Q370qE的Ac3温度为870 ℃，正火温度定为900 ℃，正火时间采用1.4 h+10 min，确保晶粒细化、均匀。正火后控冷工艺设备采用淬火机，关闭冷却水高压段，将冷却效果集中在低压段。根据钢种、规格确定开启组数、流量、水比和辊道速度，钢板冷却速率控制在8 ℃/s～12 ℃/s。最终使钢板“返红”(由于心部温度高， 表面温度有一定程度回升) 温度达到600 ℃～650 ℃后自然冷却。

2 试验结果与分析

2.1 冷却速率对Q370qE钢板性能的影响

冷却速率是正火控冷工艺中最重要的参数。NAC工艺通过开启组数、上水流量和辊道速度来控制冷却速度。不同冷却速率对Q370qE钢板力学性能的影响如图1所示，不同冷却速率下的金相组织如图2所示。

图1 钢板不同冷却速率对性能的影响

从图1可知，材料强度随着冷却速率的增加而增加。冷却速率≤10 ℃/s时，对Q370qE屈服强度值提高10 MPa～20 MPa，抗拉强度提高0 MPa～10 MPa，冷却速率10 ℃/s～15 ℃/s时，屈服强度提高30 MPa～50 MPa,抗拉强度提高10 MPa～20 MPa，当冷却速率≥15 ℃/s时，终冷温度温度较低，屈服强度提高50 MPa～70 MPa,抗拉强度提高15 MPa～35 MPa。

图2为不同冷速下的金相组织，在冷却速度为8 ℃/s～10 ℃/s时，金相组织为铁素体+珠光体；冷却速率为10 ℃/s～14 ℃/s时，金相组织为多边形铁素体+少量针状铁素体+珠光体；冷却速率为≥15 ℃/s时，金相组织为多边形铁素体+贝氏体+马氏体+少量珠光体，由于组织中贝氏体、马氏体的增加，导致强度大幅提升、延伸率大幅下降。NAC后晶粒度与正火相比晶粒度提高1.5～2级，与热轧相比，晶粒度提高2～2.5级。

(a)8 ℃/s

(b)12 ℃/s

(c)17 ℃/s

图2 钢板不同冷却速率的金相组织

综上可知，当冷却速度在8 ℃/s～14 ℃/s时，屈服强度增加约10 MPa～50 MPa，抗拉强度增加约0 MPa～20 MPa，钢板组织均匀，综合性能较好。

2.2 终冷温度对Q370qE钢板性能的影响

终冷温度涉及钢板的组织转变温度，不同的组织和晶粒度，都与钢板的性能有关。

随着终冷温度的降低，Q370qE钢板强度逐渐增加。当终冷温度>700 ℃时，NAC工艺对Q370qE钢板强度的改善不明显。当终冷温度降至600 ℃～660 ℃时，组织为铁素体+珠光体，随终冷温度的降低，晶粒逐渐细化，Q370qE钢板强度提高，延伸率略有下降。随着终冷温度进一步 降低至550℃～600℃时，形成贝氏体+马氏体+多边形铁素体组织，Q370qE钢板钢板强度增加明显，延伸率急剧下降。钢板在不同终冷温度下的金相组织如图3所示。

(a) 640 ℃

(b) 560 ℃

综上可知，终冷温度应控制在600 ℃～660 ℃之间，组织为细化的铁素体和珠光体，韧塑性良好。该温度区间一方面通过大冷速提高铁素体形核率，抑制晶粒长大，细化晶粒；另一方面确保室温组织为F+P，满足桥梁钢所需的力学性能、冲击性能和焊接性能。

3 结论

(1)正火后合理的控制冷却工艺可以有效提高Q370qE钢板性能。

(2)材料强度随着冷却速率的增加而增加。当冷却速度在8 ℃/s～14 ℃/s时，屈服强度增加约10 MPa～50 MPa，抗拉强度增加约0 MPa～20 MPa，钢板组织均匀，综合性能较好。

(3)终冷温度应控制在600 ℃～660 ℃之间，组织为细化的铁素体和珠光体，满足桥梁钢所需的力学性能、冲击性能和焊接性能。

[1] 高立福. 莱钢宽厚板正火控冷工艺的开发与应用[J].山东冶金 ，2015,37(5):10-12.

[2] 彭宾，王绍禄，王杰，等.中厚板正火后控冷工艺的研究与应用[J].宽厚板， 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

泽，工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁集团有限责任公司技术中心；

2017-1-10