正火控冷工艺对Q460C钢板组织与性能的影响

张鹏

（莱芜钢铁集团有限公司　宽厚板事业部，山东　莱芜271104）



试验研究

正火控冷工艺对Q460C钢板组织与性能的影响

张鹏

（莱芜钢铁集团有限公司宽厚板事业部，山东莱芜271104）

摘要：通过试验对比研究了亚温正火＋弱水冷工艺对Q460C低合金高强钢板力学性能和金相组织的影响。结果表明：采用亚温正火和正火后弱水冷的方式，可以有效细化晶粒并减少内部缺陷，钢板的强度性能损失显著降低，断后伸长率略有降低，冲击韧性改善明显，冷弯性能良好。

关键词：Q460C钢板；亚温正火；弱水冷；金相组织；强度损失

1　前　言

Q460C低合金钢板具有较高的强度要求，生产过程中受冶炼成分、轧制工艺和控冷工艺参数控制精度限制，会产生较多板形和性能不合格钢板，该部分钢板通常需要通过正火处理挽救［1］。常规正火加热温度较高，正火后钢板组织晶粒粗大。亚温正火的加热温度低于AC3温度，微观组织转变机理较常规正火有本质区别，加热后的钢板可保留20%左右的未熔铁素体。未熔铁素体可有效阻止奥氏体长大，从而细化晶粒；防止应力集中和内部裂纹扩展，从而改善塑性和韧性；使P、S等脆化杂质在铁素体富集，减少其在奥氏体晶界上的析出。研究表明，亚温正火可以实现Q460C钢板的正火挽救［2-4］。正火后采用弱水冷方式对钢板进行加速冷却，通过控制合适的终冷温度和冷速，在使组织转变时间大幅缩短的基础上可控制钢板近表面组织转变为贝氏体和极细珠光体，同时又可有效抑制微合金元素碳氮化物的析出和长大，减少偏析和内部缺陷产生。可以进一步减少钢板（特别是采用ACC水冷的钢板）因正火导致的强度性能损失［5-6］。

本研究结合某厂4 300 mm宽厚板生产线TMCP状态Q460C钢板的板形和性能挽救生产实践，探讨了应用亚温正火+正火后弱水冷工艺对钢板强度、冲击、冷弯性能及微观组织的影响。

2　试验方案

2.1试验材料

试验材料为某厂4 300 mm宽厚板生产线生产的16 mm以上厚度TMCP状态Q460C板形和抗拉强度超标钢板。其化学成分控制情况和主要性能指标要求见表1（Nb、V、Ti适量）、表2。

表1　TMCP状态Q460C钢板熔炼成分%

表2　Q460C钢板主要性能指标要求

2.2试验工艺

选用的TMCP状态Q460C钢板的生产工艺流程为：铁水脱硫预处理—转炉冶炼—LF精炼—（RH精炼）—连铸—加热—除鳞—粗轧—精轧—水冷—热矫直—冷床—（堆垛缓冷）—剪切—标识—入库。

选用的钢板为堆垛缓冷后板形及检验抗拉强度性能超标的不合格钢板，钢板挽救工艺为：亚温（760～820℃）正火—保温10～30 min—出炉后弱水冷（500～630℃）。

2.3试验方法

选用相同冶炼成分、TMCP工艺生产的同规格Q460C低合金高强度异常钢板（水冷强度大导致的板形不合或强度性能超标钢板），分别对轧后TMCP状态、常规正火（N）态和正火控冷（NCC）状态钢板的强度、韧性、塑性、微观组织、冷弯进行检验、对比，研究正火控冷工艺对钢板性能、微观组织和冷弯性能的影响。

3　结果及分析

3.1对强度、塑性和低温韧性的影响

综合分析大生产数据和生产实绩，筛选具有代表性的钢板，进行不同状态时钢板性能检验，性能对比情况见表3（表中N代表常规正火处理，NCC表示正火后控冷处理）。

表3　不同处理状态Q460C钢板性能

通过分析、对比表1中不同状态下钢板的各项性能数据发现：由ACC过冷产生的性能不合格钢板，主要表现为抗拉强度超上限，断后伸长率低于标准要求或者富余量较小，0℃冲击性能富余量较小，同时数值波动较大。问题钢板经常规正火后：强度性能损失较大，屈服强度普遍低于标准要求10 MPa左右（即使合格钢板的屈服强度富余量通常也不超过20 MPa）。抗拉强度损失同样较大，但能够满足标准要求，富余量约40 MPa左右。断后伸长率和0℃冲击性能显著提升。采用合适的亚温正火+弱水冷工艺处理后钢板的性能与常规正火后钢板相比：强度性能损失明显减少，屈服强度和抗拉强度损失减少40 MPa以上（平均50 MPa左右），断后伸长率略有降低，0℃冲击性能基本一致。

3.2金相组织

图1为采用常规正火+空冷挽救后的60 mm厚Q460C钢板金相组织：钢板带状组织改善较好，近表面组织为F+P+B，存在少量羽毛状和粒状B组织，粗晶比例约30%（见图1a）；随着位置逐渐向心部，晶粒逐渐粗大，混晶现象逐渐加重，同时B组织含量逐渐减少。1/6厚度处，B组织消失（见图1b）；继续向心部，组织为F+P，晶粒持续粗大，厚度1/4处粗晶比例约50%（见图1c）；心部粗晶比例80%以上，混晶现象严重（见图1d）。

图1厚度60 mm常规正火＋空冷处理后Q460C钢板金相组织

图2为采用亚温正火+弱水冷挽救后的50 mm厚度Q460C钢板金相组织：钢板带状组织改善较好，近表面组织为F+P+B，晶粒较均匀细小（见图2a）；随着位置逐渐向心部，组织晶粒逐渐粗大，同时B组织逐渐减少（见图2b）；1/4厚度处，B组织基本消失，同时组织晶粒粗大趋势放缓（见图2c）；心部组织为F+P，组织晶粒变大趋势基本消失（见图2d）。

图2厚度50 mm亚温正火+弱水冷处理后Q460C钢板金相组织

图3为采用亚温正火+弱水冷挽救后的80 mm 厚Q460C钢板金相组织：钢板带状组织改善较好，近表面组织为F+P+B，晶粒较均匀细小（见图3a）；随着位置逐渐向心部，组织晶粒逐渐变大，同时B组织逐渐减少。1/8厚度处，B组织基本消失，晶粒变大趋势逐渐放缓（见图3b）；1/8厚度至1/4厚度处，组织晶粒变大趋势逐渐放缓直至消失（见图3c）；心部组织晶粒尺寸基本一致，弱水冷影响消失（见图3d）。

通过分析钢板厚度方向微观组织变化可以发现：采用亚温正火+弱水冷工艺可以在消除带状的同时有效细化晶粒，使钢板近表面组织均匀细小。采用亚温正火工艺对于抑制奥氏体晶粒长大、减少偏析和防止内部缺陷扩展作用明显。采用弱水冷工艺，控制合理的冷速，可使钢板近表面组织转变为贝氏体和极细珠光体组织，又可抑制微合金元素碳氮化物的析出和长大。但是弱水冷对微观组织的影响效果受钢板厚度限制较大，随着位置逐渐向心部靠近，这种影响逐渐减弱直至消失。对厚规格钢板近表面15 mm内组织影响最为显著，对距表面20 mm处至心部组织的影响已可忽略。

图3　厚度80 mm亚温正火+弱水冷处理后Q460C钢板金相组织

3.3冷弯性能

采用亚温正火+弱水冷工艺处理的Q460C钢板冷弯后试样见图4。冷弯试样凹凸面均未出现开裂、毛刺等缺陷，冷弯性能良好。

图4　亚温正火+弱水冷处理Q460C钢板试样冷弯后

4　结　论

4.1采用亚温正火+弱水冷工艺处理Q460C低合金高强钢板较常规正火处理钢板，可在控制冶炼成本和能耗的基础上，有效减少强度性能损失达40 MPa以上，从而保证了其强度性能合格率。同时对钢板的冲击韧性和冷弯性能无损害，断后伸长率略有降低（2%以内）。

4.2采用亚温正火方式对于钢板微观组织和各项性能改善的影响显著。

4.3采用弱水冷方式有利于钢板微观组织控制和各项性能改善。但是弱水冷的加速冷却效果无法渗透到厚规格钢板内部，受钢板厚度限制较大。

参考文献：

［1］刘青春，朱伏先，任培东.新型细晶强化Q460级中厚板的研制［J］.轧钢，2005，22（2）：7-9.

［2］赵小婷，姚连登，李红斌.正火温度对铁素体珠光体型高强钢力学性能影响［J］.热加工工艺，2013，42（18）：187-188.

［3］任海鹏，王立军，刘春明.亚温正火对铁素体珠光体型非调质钢韧性的影响［J］.材料与冶金学报，2005，4（1）：44-46.

［4］刘云旭.金属热处理原理［M］.北京：机械工业出版社，1981.

［5］何春雨，余伟，郭锦，等.中厚板正火控制冷却系统的设计与应用［J］.金属热处理，2008，33（7）：86-89.

［6］李静，李小占，王京，等.中厚板热处理线的开发与应用研究［J］.钢铁，2009（2）：83-87.

Influence of Normalizing Control Cooling (NCC) Process on the Microstructure and Properties of Q460C Steel Plates

ZHANG Peng

（The Wide Plate Department of Laiwu Iron and Steel Group Corporation, Laiwu 271104, China）

Abstract:The influence of NCC process on the mechanical properties, microstructure and cold bending property of Q460C Steel Plates for marine engineering was comparatively studied by experiment. The results showed that, after subcritical normalizing and weak water controlled cooling process, the microstructure was refined, the defects were reduced, and the strength loss of plates decreased obviously, the elongation decreased slightly, the low- temperature impact stability improved obviously, and the cold bending property was good.

Key words:Q460C steel plate; subcritical normalizing; weak water controlled cooling; microstructure; strength loss

中图分类号：TG156.4；TG142.2

文献标识码：A

文章编号：1004-4620（2016）02-0033-03

收稿日期：2016-01-11

作者简介：张鹏，男，1983年生，2009年毕业于北京科技大学材料加工工程专业，硕士。现为莱芜钢铁集团有限公司宽厚板事业部工程师，从事宽厚板产品的研究开发和技术管理工作。