800 MPa调质高强钢宽厚板的开发

罗 毅，鲍海燕

（1武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北 武汉430080；2武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公司，湖北 鄂州436002）

800 MPa调质高强钢宽厚板的开发

罗 毅1，鲍海燕2

（1武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北 武汉430080；2武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公司，湖北 鄂州436002）

介绍了800 MPa调质高强钢宽厚板的开发情况，采用C-Mn-Cr-Mo及微合金化的成分设计，结合热轧+调质工艺生产了厚60 mm、宽3 800 mm、成品单重约20 t的钢板，钢板质量满足交货要求，钢板组织为回火马氏体和贝氏体，在原奥氏体晶粒内部呈不同方向的板条束排列，将原奥氏体晶粒分割成若干区域，从而保证了钢板具有高强度和高韧性的匹配。

800 MPa级高强钢；宽厚板；调质；组织

随着能源、化工、机械等领域的迅速发展，高强度结构钢市场需求日益增大，而且为了满足上述行业中工程结构自重降低，装载能力提高的发展趋势，抗拉强度在800 MPa的钢板用量越来越多。以工程机械用钢为例，800 MPa级高强钢在挖掘机、推土机、各类起重设备及煤矿液压支架等机械装备中逐渐得到应用，并且钢板朝着厚规格和大单重的方向发展［1］。为了满足以上需求，结合现有设备能力，武钢成功开发并生产了800 MPa级调质高强钢宽厚板。本研究分析武钢生产的厚60 mm、宽3 800 mm、成品单重约20 t钢板的成分设计、淬火和回火工艺，分析该钢种的组织及性能情况。

1 成分设计

800 MPa级调质高强钢的成分如表1所示。

表1 800 MPa级调质高强钢成分（质量分数）%

C的加入在钢中一方面起固溶强化作用，另一方面对于调质钢，C是用于提高淬透性强化钢材最经济的元素，但如果C含量过高，则将降低钢的塑韧性，特别是损害钢的焊接性。因此，将C含量设计在0.15%以内。

Mn能够降低γ→α相变温度，而γ→α相变温度的降低对铁素体晶粒尺寸有细化作用。另外，Mn还是较强的固溶强化的元素，常被作为低合金高强度钢中的主要合金元素而被广泛应用，故选Mn作为主要强化元素之一，其含量在1.2%～2.0%。

Cr、Mo的加入通过固溶强化有利于强度的提高，提高钢的淬透性，同时钢中加入微量的B，Mo-B复合使钢的连续冷却转变曲线右移，显著提高钢的淬透性，故加入适量的Mo、Cr和B。其中Cr+Mo含量不超过0.80%，使钢板在淬火时，在整个厚度范围内均能淬透。

Nb、V、Ti复合微合金化处理有利于改善钢的强韧性，其中Nb在控轧过程中，通过抑制再结晶和阻止晶粒长大，细化奥氏体晶粒尺寸；V具有较高的析出强化作用，用来提高钢的强度；Ti通过细小的Ti（CN）粒子在焊接过程中能显著阻止热影响区晶粒长大，从而达到改善焊接性能。因此，设计Nb+V+Ti含量范围为0.08%～0.15%。

2 工艺流程设计

800 MPa级调质高强钢生产工艺流程：铁水脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸机连铸→铸坯加热→轧制→淬火→回火→检验→入库。

铸坯加热过程中，为了Nb、V、Ti微合金化元素能充分固溶，发挥析出强化作用，同时又不至于促使奥氏体晶粒过分长大，将加热温度设定在1 200～1 250℃，轧制生产了厚60 mm、宽3 800 mm、成品单重约20 t的钢板。其轧制和调质的主要生产技术控制要点如下：

2.1 钢坯轧制技术

武钢宽厚板产线生产800 MPa级高强钢板时，采用两阶段轧制，第一阶段轧制温度1050～1150℃，采用高温大压下技术以促进基体充分再结晶；为了保证得到尺寸合适、大小均匀的晶粒，第二阶段轧制温度在860～950℃之间。轧后进入ACC冷却，在便于矫直的前提下，浇水给以降低钢板温度，随后进行矫直，确保钢板的不平度不高于5 mm/1 000 mm。

2.2 钢板调质工艺技术

轧制后的钢板进行调质处理才能获得良好的综合性能。由于钢中含有较多的Nb、V及Ti等强碳化物形成元素，其奥氏体晶粒粗化温度较高，可选择较高的淬火温度，从而加速Mn、Cr等合金元素和碳化物重新溶入奥氏体，增大奥氏体中含碳量和合金元素含量，提高过冷奥氏体的稳定性，淬火后全厚度钢板均能够淬透。基于大生产经验，确定钢板的淬火温度为930℃，冷却介质为水。

回火工艺主要目的是均匀组织、提高钢板的综合力学性能，并且消除淬火过程中产生的应力，根据如图1所示的试验结果，淬火态试样在500～600℃回火，随回火温度的升高，钢板强度降低，塑韧性提高；钢板在550℃回火，有较好的强韧性匹配。因此，对热轧后淬火的钢板进行热处理的回火温度选择550℃。

图1 实验室调质处理后钢板性能

3 钢板的力学性能和组织

从10块60 mm厚钢板的板厚1/4处取横向拉伸试样和纵向冲击试样测试力学性能，钢板的屈服强度在730～750 MPa，抗拉强度在820～840 MPa，伸长率均在17%～18%，-20℃冲击功都高于220 J，同时还在钢板的心部取样进行冲击试验，心部冲击功约180 J，稍低于板厚1/4处的冲击功，高于GB/T 16270—2009标准的性能要求。

60 mm厚钢板板厚1/4处和心部的金相组织如图2所示，从金相组织来看，两个部位的组织没有明显区别，均为回火马氏体和贝氏体组织，只是心部由于淬火时冷却稍慢，晶粒稍大于板厚1/4处。原奥氏体晶界明显，在原奥氏体晶粒内部不同方向的板条束交错排列，将原奥氏体晶粒分割成若干区域，从而保证了钢板的具有高强度和高韧性的匹配。

图2 60 mm厚钢板金相组织

4 结 论

4.1 按照调质高强钢的成分设计理念，武钢开发了800 MPa级调质高强钢，生产的厚60 mm、宽3 800 mm、成品单重约20 t钢板板形和性能都满足生产交货要求。

4.2 钢板的组织为回火马氏体和贝氏体，其不同方向的板条束交错排列，将原奥氏体晶粒分割成若干区域，从而保证了钢板具有较好的强韧性匹配。

［1］ 罗毅.800 MPa级低合金高强钢板的开发生产［J］.钢铁研究，2013，41（Z2）：63-65.

［2］ 康健，王昭东，王国栋，等.低成本工程机械用Q690E级高强钢的热处理工艺与工业化［J］.钢铁 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

罗毅，男，1981年生，2009年毕业于上海大学冶金工程专业，博士。现为武汉钢铁（集团）公司研究院高级工程师，从事结构钢产品的开发研究。

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