低屈強比工程機械用鋼生產探究

導語：低屈強比工程機械用鋼生產探究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:結合抗拉強度700MPa級低屈強比工程機械用鋼HQ550MD的生產實際情況，分析了該鋼種的相變規律以及軋制、冷卻工藝對組織性能的影響。結果表明:生產過程中可通過將開冷溫度控制在770℃附近，使鋼板在冷卻前發生一定比例的鐵素體相變，合理控制鐵素體相和貝氏體相的比例，生產出屈強比≤0．80的工程機械用鋼。

關鍵詞:冷卻;屈強比;工程機械用鋼;貝氏體

屈強比指鋼材屈服點(屈服強度)與抗拉強度的比值，是衡量鋼材強度儲備的重要系數。鋼鐵材料屈強比高通常表明抗變形能力強，不易在外力作用下發生塑性變形，但材料抗外力沖擊能力差，發生脆性破壞風險較大，材料的可靠性低［1］;而鋼鐵材料屈強比較低，表明塑性較好，具有較高的加工硬化率，構件易成型，回彈小。礦山作業環境復雜惡劣，要求高強鋼具有良好的抗沖擊和抗震性能，但目前高強鋼普遍存在強度和屈強比高的問題，無法滿足礦山機械應用的需求。

1成分和工藝設計

1．1成分設計思路。700MPa級高強鋼HQ550MD的成分采用低碳設計路線，碳含量控制在0．09%以下，以有效改善鋼板的焊接性能。將Si含量控制在0．20%以下，有利于減少鋼板表面紅銹，提高表面質量。Mn具有固溶強化作用，并且可以提高鋼板的淬透性，相對成本較低，但Mn含量過高容易產生偏析并降低材料韌性，惡化性能，因此將其含量控制在1．60%左右。復合添加少量Nb、Ti微合金元素則有利于細化奧氏體晶粒，促進過冷奧氏體冷卻相變后組織細化，微合金碳氮化物析出也可顯著提高鋼板強度，保證強韌性。此外，再添加適量的Mo和Cr，可以改善鋼板淬透性，促進鋼板貝氏體相變，進一步提高鋼板強度。HQ550MD鋼的具體成分設計如表1所示。2工藝流程。HQ550MD鋼板的生產工藝流程:鐵水預脫硫→轉爐冶煉→LF精煉→RH精煉→板坯連鑄→堆垛緩冷→再加熱→控制軋制→快速冷卻→熱矯直→檢驗。1．3冶煉過程。轉爐出鋼終點C≤0．04%、P≤0．015%，出鋼溫度控制在1610～1660℃，添加適量廢鋼。LF鋼水進站溫度控制在1540～1600℃，加入石灰、鋁線、鋁粒等造白渣，采用硅鐵、電解錳、中碳鉻鐵、鋁線進行成分調整，精煉時間≥35min。RH鋼水進站溫度控制在1560～1580℃，真空度控制在100Pa以下，鈣處理后吹氬時間≥6min，鋼水液面不裸露。連鑄過程中過熱度控制在20℃左右，中間包使用專用低碳覆蓋劑，防止鋼水二次氧化，利用動態輕壓下技術和電磁攪拌技術減輕中心偏析。1．4軋制和冷卻。在鑄坯再加熱過程中，一方面考慮軋制難度和生產節奏，另一方面也要防止鑄坯奧氏體晶粒過于粗大。鑒于該鋼種添加有Ti、Nb微合金元素，能夠有效抑制因加熱溫度升高造成的晶粒粗大，可以適當提高鑄坯再加熱溫度，加熱溫度設定在1220～1250℃之間。軋制過程實施兩階段控制軋制。控制軋制的第一階段在高溫再結晶區進行，即在奧氏體再結晶終止溫度以上的溫度(約950℃)軋制，該階段的主要作用就是初步細化奧氏體晶粒。控制軋制的第二階段在未再結晶區進行，主要通過較大的未再結晶區累計變形量，避免促進后續的相變組織細化［2］。該軋制階段一般都要求累計壓下率≥60%，并且將終軋溫度控制在800～860℃。根據經驗公式，高強工程機械用鋼HQ550MD的Ac3溫度在760℃附近，因此將鋼板的開始冷卻溫度控制在750～770℃，可以實現鋼板的內過冷奧氏體組織部分轉化為先共析鐵素體組織，以獲得特定比例的混合組織。冷卻方式則采用超快冷+加速冷卻模式(以下簡稱“DQ+ACC冷卻”)，其中DQ段冷速控制在20～40℃/s，ACC段冷速控制在10～15℃/s，較快的冷速可促進鋼板組織中的貝氏體轉變，終冷溫度控制在貝氏體轉變終止溫度以下，即350℃左右。

2力學性能和顯微組織工程機械用鋼

HQ550MD的主要生產厚度規格為16～30mm，各項性能良好，典型規格性能如表2所示，屈強比＜0．80?？梢姡M織由粒狀貝氏體和部分多邊形鐵素體構成，其中鐵素體比例為10%～20%。

3討論

鋼種的組織構成決定了鋼材產品的最終力學性能。對于HQ550MD鋼板而言，為確保其強度和屈強比滿足要求，必須有效控制鋼中軟相和硬相的比例［3］，即先共析鐵素體和貝氏體的比例。將鋼板的開始冷卻溫度控制在750～770℃，過冷奧氏體析出部分先共析鐵素體，鐵素體是碳溶解在α－Fe中的間隙固溶體，該種組織具有良好的塑性和韌性，但強度和硬度偏低，同時冷加工硬化緩慢，可以承受較大減面率的拉拔。未析出先共析鐵素體的過冷奧氏體經過快速冷卻轉變為貝氏體。貝氏體是指過冷奧氏體在中溫范圍內形成的由鐵素體和滲碳體組成的非層狀組織［4］。該種組織通常具有較高的強度，但屈強比往往偏高，不利于特殊用途工程機械的安全性能保障。因此，當鋼中的貝氏體含量較多時，鋼材表現出強度高［5］、韌性差的特點，屈強比偏高;反之，當鋼中的鐵素體含量較多時，鋼材主要表現出強度較小、韌性較大的特點，屈強比偏低。鋼材較低的強度或較高的屈強比都無法滿足用戶對鋼材性能的要求。只有合理控制鋼中鐵素體和貝氏體比例，才能確保高強鋼的力學性能和屈強比均能夠滿足用戶要求。通過將鋼板開冷溫度控制在過冷奧氏體相變溫度，即750～770℃，可實現過冷奧氏體部分轉化為先共析鐵素體組織，占10%～20%，以實現固定比例的混合組織，通過特殊的軟相和硬相混合比例控制［6］，實現低屈強比控制。

4結語

在低碳、Nb－Ti微合金化和適當添加Cr、Mo的成分設計基礎上，通過合理控制軋制、開始冷卻溫度和水冷段冷速，尤其將鋼板的開始冷卻溫度控制在奧氏體轉變溫度Ac3附近，可生成10%～20%的先共析鐵素體，在保證強度的前提下，確保將HQ550MD鋼板的屈強比控制在0．80以下。

參考文獻

1王飛，施剛，戴國欣，等．屈強比對鋼框架抗震性能影響研究進展［J］．建筑結構學報，2010，S1:18－22．

2張紅梅，劉相華，王國棟，等．低碳貝氏體鋼形變奧氏體的連續冷卻相變研究［J］．金屬熱處理學報，2000，21(4):35－40．

3于慶波，段貴生，孫瑩，等．粒狀貝氏體組織對低碳鋼力學性能的影響［J］．鋼鐵，2008，43(7):68－71．

4于請波，孫瑩，倪宏昕，等．不同類型的貝氏體組織對低碳鋼力學性能的影響［J］．機械工程學報，2009，45(12):284－288．

5楊旭寧，康永林，于浩，等．X70針狀鐵素體管線鋼中M/A島的工藝控制［J］．軋鋼，2007，24(4):7－10．

6王建澤，康永林，楊善武．超低碳貝氏體鋼的顯微組織分析［J］．機械工程材料，2007，31(3):12－16．

作者:孫志溪 孫電強 王會嶺 張瑞超 呂德文 單位:1.河鋼集團邯鄲公司 2.河鋼集團舞鋼公司