TMCP工艺试制低碳贝氏体Q550D高强钢

信海喜 徐壮 王佩鑫 （天津钢铁集团有限公司技术中心，天津 300301)

TMCP工艺试制低碳贝氏体Q550D高强钢

信海喜 徐壮 王佩鑫 （天津钢铁集团有限公司技术中心，天津 300301)

采用低碳Cr-Mo微合金化成分设计思路，配以控轧控冷工艺在天钢中厚板厂3 500 mm轧机上成功轧制出Q550D级低碳贝氏体高强钢。对轧制的Q550D钢板进行了力学性能检测，同时对该钢的显微组织进行了分析。结果表明，研制的Q550D中厚钢板的组织类型主要为针状铁素体+粒状贝氏体，力学性能完全能够满足GB/T1591—2008要求，且低温冲击韧性和Z向性能优异。

低碳贝氏体 微合金化 控轧控冷 试制

1 前言

以微合金化结合控轧控冷工艺生产非调质高强度钢的工艺方法，是钢铁生产上具有重要意义的成果之一，低碳贝氏体高强度钢板就是其中一种。添加适当的合金元素，利用控制轧制及控制冷却，充分发挥合金元素的作用，通过各强化机制的组合来提高强韧性[1]。因此，低碳贝氏体钢被国际上誉为21世纪钢种[2]。天钢为加快高附加值产品开发步伐，调整中厚板产品结构，提升市场竞争力，在现有3 500 mm轧机上挖掘潜力，开发Q550级别高强度结构钢，从而占领高端产品市场。目前，天钢开发出的Q550D高强结构钢已取得良好效果并得到市场认可，提升了中厚板产品档次。

2 成分设计

我国的低碳贝氏体钢的成分设计路线为：除微合金元素外，将Cu、Ni和Mo作为主要添加元素[3-4]。Ni和Mo都是非常昂贵的元素，其添加将造成生产成本的大幅提高。研究表明，Cr、Mo复合添加能够有效提高淬透性[5-7]，而且相比之下，Cr比Ni的价格便宜至少十几倍。因此，本次试制采用低碳、Cr、Mo复合添加，辅以Nb、Ti微合金化的成分设计思路，其成分范围如表1所示。

表1 Q550D化学成分 wt/%

3 工艺流程及关键工艺参数

3.1 工艺流程

本次试制所采用的工艺流程为：高炉铁水→顶底复吹转炉→LF精炼炉→板坯连铸→板坯堆冷→板坯检验→蓄热式加热→高压水除磷→粗轧→精轧→ACC层流冷却→矫直→钢板精整→钢板检验→入库。

3.2 冶炼工艺

3.2.1 转炉

为保证钢水质量满足控制要求，入炉铁水成分要求Si≤0.80%，S≤0.030%，P≤0.100%。出钢终点控制C≥0.06%，S≤0.010%，P≤0.008%，出钢温度控制在1 650～1 680℃范围内。加入低碳硅锰，铌、钒、钛铁进行合金化，采用硅铝钡终脱氧操作。钢水到站温度目标：1 540～1 580 ℃。

3.2.2 LF精炼炉

进站后吹氩，根据钢水情况，适当补充渣料，选择合适的电压、电流快速化渣，渣化好后，进行测温、取样。分期分批加入精炼渣料和还原剂，尽快形成白渣。白渣形成后，取钢水样做全分析，调整成分。白渣精炼时间≥20 min。通过控制，减小主要元素C、Si、Mn的含量波动，降低P、S等有害元素的含量。

3.2.3 连铸

连铸过程中控制低过热度全程保护浇铸，过热度为25℃左右;使用专用的保护渣，防止吸氢和钢水的二次氧化。采用凝固末端动态轻压下技术来补偿铸坯最后凝固的收缩，减轻或消除中心偏析。采用弱冷却制度，稳定拉速在0.9～1.1 m/min之间。铸坯低倍试样结果分析质量较好，其缺陷级别满足产品要求而且铸坯表面质量较好。

3.3 轧制及冷却工艺

钢坯均热温度控制在1 250℃左右，保证Nb、Ti微合金元素充分固溶。采用两阶段轧制工艺，粗轧阶段采用慢速、大压下，纵轧道次压下量≥15%，保证奥氏体发生充分再结晶，细化晶粒;在精轧阶段保证累积压下量≥60%，增加位错、变形带等缺陷密度，为后续贝氏体相变提供细化的初始组织。在冷却阶段，以较高的冷却速度冷至中温贝氏体相变区域，从而避开先共析铁素体和珠光体区，全部发生低碳贝氏体相变。实际控制轧制的工艺参数如表2所示。

4 力学性能与显微组织

4.1 力学性能

表3为Q550D国家标准（GB/T1591—2008)值，表4为本次试轧的Q550D钢板的力学性能。从表4中数据可以看出，20 mm、30 mm规格钢板的力学性能指标均能满足国标要求，特别是低温冲击吸收功值较高，而且波动较小。另外，钢板的Z向性能良好，均达到Z35要求，而且富余量较大。

4.2 显微组织

表2 Q550D试制TMCP工艺参数

表3 GB/T1591—2008中Q550D力学性能的要求

图1所示分别为20 mm和30 mm钢板试样的金相照片。可以看出，20 mm规格的160#组织为针状铁素体+粒状贝氏体，30 mm规格的174#组织为针状铁素体+粒状贝氏体+少量板条贝氏体。对比160#和174#强度可以看出，174#抗拉强度明显比160#高，可见，少量板条贝氏体的引入可以有效地提高抗拉强度。

图1 20 mm和30 mm钢板试样的显微组织

5 结果分析与讨论

本次试制Q550D钢板力学性能及金相组织均达到大角度晶界，将对提高冲击韧性有利。结合具体生产实践，通过控轧控冷实现组织细化，提高组织中大角度晶界的比例和数量是改善冲击韧性最主要的途径。针状铁素体具有晶内单独形核的特征，其晶界多具有为大角度取向差。在针状铁素体存在的情况下，裂纹在扩展过程中将不断受到彼此咬合、相互交错的针状铁素体的阻碍[9-10]，因此针状铁素体能有效阻止裂纹扩展，使组织具有更高的冲击韧性。本次试制钢板组织以针状铁素体和粒状贝氏体为主，大量的针状铁素体是钢板具有优良低温冲击韧性的主要原因。6 结论

采用低碳Cr-Mo微合金化成分设计，合理控制TMCP工艺参数，成功开发了厚度20 mm、30 mm的Q550D级高强钢，两种规格的轧态钢板各项力学性能指标均达到国标要求，低温冲击韧性和Z向性能良好。

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Q550D Low Carbon High Strength Bainite Steel Plate Trail with TMCP Process

Xin Haixi,Xu Zhuang,Wang Peixin

Q550D graded low carbon high strength bainite steel plate was successfully trailed and rolled on 3 500 mm Plate Rolling Mill,TISCO by means of low carbon Cr-Mo microalloying in combination with TMCP process.The mechanical properties of Q550D plate were inspected and its microstructure was analyzed.Test results indicated the structures of trailed Q550D plate were mainly acicular ferrite and granular bainite.Its mechanical properties could well meet the requirement by GB/T1591-2008 Standard and low temperature impact toughness and Z direction properties were especially excellent.

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（收稿 2011-07-20 责编 赵实鸣)

信海喜，男，2007年7月毕业于内蒙古科技大学材料成型及控制工程专业，现任天钢技术中心轧钢研究室副主任，从事新产品研发及管理工作。