冷却工艺对kg级高强钢组织性能影响分析

季钢柱

【摘 要】在相同的成分配比及轧制工艺条件下，对70kg级试验钢进行不同冷却工艺的生产试验，通过轧后钢板金相组织及性能数据结果，研究终冷温度及冷却速率对钢材组织及性能的影响，通过调整控冷工艺实现试验钢板强度及塑性的最佳匹配，确立了批量生产70kg级高强钢的控轧控冷工艺参数。

【关键词】70kg级高强钢；冷却工艺；组织性能

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

為了改善高强钢的韧性和焊接性能，需大幅度降低钢中碳含量，通过TMCP（Thermo Meehaniealcontrol ProcesS）工艺来获得中温区转变的贝氏体组织，保证钢的最佳强韧性匹配和优良的焊接性能[1]。Q550D作为70kg级高强钢的代表牌号，要求其具有较高的强度并同时具有良好的塑性、韧性及焊接性能。某钢厂根据市场需求进行了Q550D中厚板的开发，为保证良好的焊接性能，采用了低碳贝氏体钢的成分设计，工艺流程则力求以控轧控冷态交货，降低热处理工序的生产成本。

本文将通过采用不同控制冷却工艺的工业生产试验，对不同冷却工艺条件下Q550D中厚板组织及性能变化情况进行分析，根据钢板组织性能数据确定最佳的冷却工艺，达到以控轧控冷工艺满足70kg级高强钢批量化生产的目的。

1 试验设计

1.1 化学成分

近年来，工程机械的发展对高强度钢板的综合性能的要求越来越高，传统的以固溶强化、析出强化为主来提高强度的做法已不能满足应用的需要。出于降低成本和改善工艺性能的目的，目前主要以降低碳和合金元素的含量的方法，通过控轧控冷的手段来实现。基于以上因素，试验钢设计成分如下：

表1 化学成分 wt%

1.2 轧制工艺

试验钢成品厚度规格为25mm，选用某钢厂210转炉区域230mm规格坯料，在该钢厂4300mm宽厚板四辊轧机进行轧制，通过Gleeble-3800热模拟试验，采用两阶段控轧工艺，精轧开轧温度850-860℃，终轧温度810-820℃。

1.3 冷却工艺

对试验钢进行分批编号，分别进行不同终冷温度和不同冷却速度的对比试验，其中编号a、b、c的试验钢进行不同终冷温度对比试验，编号d、e、f的试验钢进行不同冷却速率对比试验。表2为试验具体控冷工艺参数。

2.1 力学性能结果

6种不同冷却工艺试验后的力学性能结果见表3，a工艺屈服强度低于标准要求，f工艺延伸率低于标准要求，b、c、d、e工艺性能结果均可满足标准要求，其中c、d工艺的强度、塑性匹配最佳。

2.2 终冷温度对组织的影响

图1为试验钢分别采用a、b、c控冷工艺进行快冷后的金相组织。三种工艺均得到以粒状贝氏体为主的组织，随终冷温度的降低，多边形铁素体及准多边形铁素体的含量减少，且晶粒更为细化。

（1）661℃ （2）589℃ （3）553℃

2.3 冷却速率对组织的影响

图2为试验钢分别采用d、e、f控冷工艺进行快冷后的金相组织。三种工艺均得到以粒状贝氏体为主的组织，随冷却速（下转第98页）（上接第144页）率的加快，钢中针状铁素体及粒状贝氏体的比例增加。

（1）10.9℃/s （2）15.6℃/s （3）20.3℃/s

2.4 终冷温度对性能的影响

通过力学性能数据分析可以看出，随着试验钢终冷温度的降低，钢中贝氏体组织含量增多，强度提高、延伸率降低，但由于贝氏体含量增多导致的韧性下降与晶粒细化导致的韧性提高在一定程度上相互抵消，-20℃低温冲击韧性差值不明显。

2.5 冷却速率对性能的影响

通过试验数据对比，屈服强度和抗拉强度均随冷却速率的增大而升高，延伸率和-20℃低温韧性值随冷却速率的增大而降低。随着冷却速率的增大，贝氏体比例增加，Nb（C，N）等析出增多，导致强度增加，延伸率下降。对于韧性的影响，贝氏体比例提高引起韧性降低起到主导作用。

3 结论

3.1 通过MCP工艺生产70kg级高强度钢板完全可行。本试验结果表明，通过对控制冷却工艺的调整，可以在一定范围内调整强度及塑性，保证强度与塑性的最佳化。

3.2 在合理的终冷温度区间内，通过降低终冷温度，可以提高钢板的强度，同时会降低延伸率，对冲击韧性影响不大；随冷却速率的加大，钢材强度增加，延伸率及冲击值下降。

3.3 采用TMCP工艺生产的Q550D钢可参考工艺参数：两阶段控制轧制，精轧阶段总变形率50%～70%，终轧温度790～820℃，终冷温度550～585℃，冷却速率10～16℃/s。

【参考文献】

[1]高兵，赵亚娟.终轧温度和冷却速度对Q550D钢组织和力学性能的影响[J].《特殊钢》2012（03）.

[责任编辑：朱丽娜]