610 MPa级水电钢减量化生产工艺研究

李新玲，应传涛，丛津功，乔馨，王若钢（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口115007）

研究与开发

610 MPa级水电钢减量化生产工艺研究

李新玲，应传涛，丛津功，乔馨，王若钢
（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口115007）

为降低610 MPa级水电钢的生产成本，鞍钢鲅鱼圈厚板部5500生产线采用降低合金成分，以“TMCP+回火”的工艺方式代替常规调质工艺生产。通过对TMCP及回火工艺研究发现，提高钢板入水温度及返红温度可提高产品力学性能，改善钢板板形；采用合理的回火工艺，可进一步提高产品屈服强度和抗拉强度。

水电钢；低合金；回火工艺

热轧钢材控轧控冷工艺（TMCP）是保证钢材强韧性的核心技术，它的基本冶金学原理是在未再结晶区进行大压下，增加累计变形量以促进微合金元素的应变诱导析出，实现奥氏体晶粒的细化；轧后采用加速冷却，对奥氏体相变进程进行控制，促使产品快速完成相变过程，获得晶粒细小的显微组织［1］，在提高产品强度的同时，还能获得良好的韧性。

低焊接裂纹敏感性高强度低合金水电钢AY610D采用低碳、微合金化的成分设计，通过合理的调质热处理或“TMCP+回火”的工艺模式，可获得优良的组织结构，从根本上保证了其具有优良的焊接性能和低温韧性，综合性能优良。鞍钢自2004年成功开发出610 MPa级水电钢以来，先后采用调质热处理工艺及“TMCP+回火”工艺实现了稳定生产及批量供货。2010年以来，鞍钢通过工艺评价，采用合金元素减量化，并在实验室进行了一系列回火工艺研究，制定出优化的“TMCP+回火”工艺，通过批量工业化生产，产品强韧性配比良好，屈服强度达到590 MPa以上，抗拉强度超过670 MPa，-20℃冲击功超过200 J，综合性能优良。

1　成分及工艺设计

1.1化学成分设计及力学性能标准

鞍钢减量化水电钢AY610D采用 “TMCP+回火”的工艺路线进行生产，厚度规格主要为50 mm及以下，此次成分设计主要是在原有成分的基础上，适当降低Mo、V元素含量，既能提高产品再结晶温度，实现未再结晶区高温轧制，又减少了合金元素的添加量，有效确保了减量化水电钢的产品性能。表1为AY610D减量化后的主要化学成分，表2为水电钢的力学性能标准。

表1　减量化水电钢主要化学成分（质量分数）%

表2　水电钢的力学性能标准

1.2回火工艺与性能变化趋势研究

为研究TMCP状态下的钢板经回火后组织和性能变化情况，选取部分TMCP态试样（42 mm厚）在实验室进行不同系列的回火试验，回火时间与实际生产中保持一致，回火温度采用550、590、610、620、630、650、670、690℃共8个温度点进行回火实验。系列回火前后性能结果显示，各项性能均符合标准要求。回火温度与屈服、抗拉强度值的变化曲线见图1。从图1可以看出，TMCP态屈服及抗拉强度均满足标准要求，富余量超过30 MPa。回火后延伸率未发生明显变化，但屈服强度及抗拉强度均得到不同程度的提高，其中屈服强度的升高幅度大于抗拉强度的升高幅度。从图1还看出，在550～690℃的温度区间回火，随回火温度的升高，强度呈现出先升高后降低的趋势。但强度值总体上均较TMCP态有所增加，其中屈服强度增幅（最高83 MPa）高于抗拉强度增幅（最高43 MPa），且回火后屈服强度及抗拉强度最高值均出现在610℃，当温度达到620℃时，屈服强度及抗拉强度值均出现快速回落，690℃时达到最低点。后续冲击试验结果也显示，当回火温度达到600～650℃时，冲击功均在200 J以上，强韧性配比良好，说明在610～620℃左右进行回火，得到的产品综合性能良好，富余量充足，完全符合产品标准要求。

图1　不同回火温度下力学性能变化趋势

为研究回火前后钢板内部组织变化情况，对回火前后试样进行了金相组织检验，图2为回火前后试验钢1/4厚度的金相组织图片。

图2　不同回火温度下的显微组织

从图2可以看出，TMCP态显微组织基体以铁素体和贝氏体为主，基体上弥散分布着M/A岛、珠光体等细小组织，晶粒整体上比较细小；590℃回火后，细小M/A岛、珠光体基本分解消失，晶界变的更为清晰，基体组织较回火前要更均匀，表现出屈服强度明显升高；610℃回火后，贝氏体组织变的更加均匀，显微组织更加清晰，分析认为：回火过程中碳原子在晶界偏聚［2］，部分二相粒子也在晶界处弥散析出，导致屈服及抗拉强度明显提升；当回火温度进一步升高时，晶粒出现粗化趋势，强度有所降低。

1.3工艺路线制定及工业化试验

根据实验室实验数据，在目前厚板部5500生产线尚无预矫直机的情况下，既要保证产品力学性能，又要提高钢板热矫直板形，因此需要对控冷工艺进行优化，适当提高钢板的入水及返红温度，降低钢板热矫直时的变形抗力，是适合现场生产的主要首选方案。

2　减量化水电钢AY610D的工业化生产

2.1工业化试制

通过实验室实验结果，参照成分减量化前的工艺，适当提高钢板入水及返红温度，试制期间，精轧阶段开轧温度控制在930℃以下，终轧保证在850℃以上，提高钢板入水温度至800～850℃，返红温度目标值≥550℃。

经过首批试制，对钢板不同状态进行取样检验，检验结果显示，TMCP态性能均满足产品要求，但部分力学检验值富余量不大，经610～630℃回火后，屈服及抗拉均呈不同程度的增高，富余量较大，符合标准要求。表3为部分检验数据。

表3　部分检验数据

从表3可以看出，TMCP态拉伸性能均满足标准要求，但部分试样的抗拉富余量不是很大，经回火后屈服强度及抗拉强度均出现不同幅度的上升，其中屈服强度平均增加46 MPa，抗拉强度平均增加40 MPa。回火后力学性能指标均满足标准要求，后续的低温冲击检验结果显示，-20℃冲击功均值也超过了240 J，完全达到了工艺方案的设计要求。证明此次工艺方案可行，具备批量化工业生产的条件，减量化生产工艺开发成功。

2.2批量工业化生产

2013年至2014年年底，鲅鱼圈厚板部5500生产线在试制工艺的基础上，进一步优化工艺，前后共生产某水电项目用钢AY610D共7000余吨，厚度规格为32～50 mm，批量工业化生产及供货结果显示，一次性能合格率达到100%，一次板形合格率超过92%。近两年的批量化生产数据表明，产品最终力学性能稳定，屈服强度范围为580～630 MPa，抗拉强度范围为660～690 MPa，延伸率≥23%，-20℃冲击功≥240 J。目前厚板部已完成50 mm及以下厚度规格水电钢的减量化工艺开发、优化及固化工作，产品工艺性能稳定，强韧性指标配比优良，具备全天候批量化生产供货的能力。

3　结论

（1）实验室实验及现场工业化试制结果表明，鞍钢鲅鱼圈5500生产的TMCP水电钢AY610D经适当的回火工艺后，屈服、抗拉强度均有不同程度的提高，强韧性指标配比良好。

（2）“TMCP+回火”工艺生产水电钢AY610D，精轧开轧温度控制在940℃以下，终轧控制在850℃以上，钢板入水温度保证在750～850℃，返红温度为530～600℃，生产出的钢板板形良好，产品性能符合标准要求。

（3）鞍钢鲅鱼圈厚板部具备稳定生产50 mm及以下厚度规格减量化水电钢AY610D的能力，回火后屈服强度为580～630 MPa，抗拉强度为660～690 MPa，延伸率≥23%，-20℃冲击功≥240 J。

［1］王国栋.新一代TMCP技术的发展［J］.轧钢，2012，29（1）：1-3.

［2］孙明君，陈军平，王晓强，等.超快冷条件下610 MPa水电钢减量化工业试制［J］.鞍钢技术，2013，379（1）：59-62.

（编辑 袁晓青）

Study on Process for Producing Lightweight 610 MPa Grade Hydropower Steel

Li Xinling，Ying Chuantao，Cong Jingong，Qiao Xin，Wang Ruogang
（Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.，Ltd.，Yingkou 115007，Liaoning，China）

In order to reduce the cost of producing 610 MPa grade hydropower steel，this kind of steel was produced by application of the"TMCP plus tempering"technology in the 5500 production line in Heavy Plate Mill of Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.，Ltd.instead of the conventional quenching and tempering technology based on reduction of alloying elements.By studying the TMCP plus tempering technology，it was found that the mechanical properties of products and their plate shape can be improved by increasing the temperature of feeding the steel plates into cooling water and self-tempering temperature.At the same time both the yield strength and tensile strength of the products can also be improved by using the suitable tempering process.

hydropower steel；low alloy；tempering process

TG142

A

1006-4613（2016）04-0032-03

李新玲，高级工程师，2001年毕业于佳木斯大学金属材料及热处理专业。E-mail：lixinlinggled@163.com

2016-05-10