產(chǎn)品詳情
微合金元素在中厚板生產(chǎn)中得到大量應(yīng)用，通過鋼中微合金元素的加入使得組織得到細(xì)化，性能得到明顯提升。 但微合金鋼對(duì)加熱和軋制工藝要求較為嚴(yán)格， 加熱溫度和軋制制度的變更可能導(dǎo)致組織和性能的較大差異。 近年來， 鋼鐵行業(yè)特別是中厚板企業(yè)出現(xiàn)了大量的工藝創(chuàng)新，一方面提高了企業(yè)效益，另一方面也對(duì)傳統(tǒng)工藝的適用性提出了挑戰(zhàn)[4-6]。 本文的目的是通過對(duì)含 Nb 或 V 低合金高強(qiáng)度鋼板Q390進(jìn)行組織和性能的對(duì)比研究， 探索新工藝條件下 Nb、V 微合金元素對(duì)低合金鋼板組織性能的影響。
1、試驗(yàn)
1.1、試驗(yàn)材料
試驗(yàn)材料選用厚度 260mm 連鑄坯， 煉鋼過程為：高爐鐵水邛鐵水預(yù)處理邛轉(zhuǎn)爐冶煉邛LF 爐冶煉邛RH 爐真空脫氣邛連鑄。 為對(duì)比 Nb 和 V 微合金元素的作用，分別冶煉兩爐試驗(yàn)鋼，其中 1# 為含 V 試驗(yàn)鋼，2# 為含 Nb 試驗(yàn)鋼，化學(xué)成分見表 1。
1.2、試驗(yàn)鋼軋制工藝
將 1# 和 2# 試驗(yàn)鋼均軋制成厚度 14 mm 的成品鋼板。為保證微合金元素充分固溶，加熱溫度要求≥1180℃，采用兩階段控軋，粗軋開軋溫度≥1030℃，終軋溫度≥980℃，粗軋階段壓縮比≥3，道次大壓下率≥23%， 中間坯厚度 70 mm， 精軋開軋溫度 900～920℃，終軋溫度 800～810℃，返紅溫度 680～710℃。 試驗(yàn)鋼的軋制工藝見表 2。
1.3性能要求
GB/T1591-2018《低合金高強(qiáng)度鋼》對(duì) Q390 鋼板力學(xué)性能的要求見表 3。
2、試驗(yàn)結(jié)果和分析
2.1、拉伸性能
對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行拉伸性能檢驗(yàn)，結(jié)果見表 4。 從表4 可以看出，1# 和 2# 試驗(yàn)鋼拉伸性能良好， 均滿足GB/T1591對(duì)Q390 的要求，其中1# 試驗(yàn)鋼屈服強(qiáng)度比2#高30MPa，抗拉強(qiáng)度低17MPa。
2.2、沖擊性能
對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行沖擊性能檢驗(yàn)，結(jié)果見表 5。 從表5 可以看出，1# 試驗(yàn)鋼的低溫沖擊性能較好，-40℃的沖擊功仍穩(wěn)定在 150J 以上； 而 2# 試驗(yàn)鋼的低溫沖擊性能較差， 當(dāng)試驗(yàn)溫度降低到-40℃時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)了低值，說明 2# 試驗(yàn)鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間就在-20～-40℃。
2.3、組織分析
試驗(yàn)鋼 1#～2# 的光學(xué)顯微組織見圖 1， 試驗(yàn)鋼的組織均為鐵素體 + 珠光體，其中 1# 試驗(yàn)鋼的鐵素體和珠光體的晶粒更為細(xì)小，根據(jù) GB/T13299《鋼的顯微組織評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)判定 1# 試驗(yàn)鋼的晶粒度為10.5～11 級(jí)，2# 試驗(yàn)鋼的晶粒度為 10～10.5 級(jí)。 根據(jù)霍爾佩奇公式，更細(xì)的晶粒也就意味更高的強(qiáng)度， 同時(shí)晶粒越細(xì)沖擊性能也就越好。
1# 與 2# 試驗(yàn)鋼相比較，抗拉強(qiáng)度接近，而屈服強(qiáng)度和低溫沖擊功更高， 這說明除了平均晶粒尺寸影響外，可能還存在其他影響因素，如晶粒尺寸的均勻性。 通過 Image Pro Plus 軟件分別對(duì)鋼的晶粒尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)發(fā)現(xiàn) 1# 和 2# 試驗(yàn)鋼的晶粒尺寸分布也存在明顯差異，分析結(jié)果見圖 2。 從圖 2 可以看出，1# 試驗(yàn)鋼的平均晶粒尺寸基本分布在 2 ～12 μm， 晶粒尺寸分布較為集中；2# 試驗(yàn)鋼的平均晶粒尺寸分布在 2～20 μm，晶粒尺寸較為分散。
2.4、析出物分析
通過場(chǎng)發(fā)射電鏡對(duì) 1# 和 2# 試驗(yàn)鋼的晶粒內(nèi)部的析出物進(jìn)行觀察，結(jié)果見圖 3。從圖 3 可以看出，1# 試驗(yàn)鋼的晶粒內(nèi)部有少量的矩形 TiN 析出物，尺寸在 100～140nm，部分TiN 析出物上可以觀察到30～50 nm的不規(guī)則形狀，另外還可以觀察到呈線狀排列的大量細(xì)小的形狀不規(guī)則的彌散析出物，尺寸 20～40 nm。 研究表明[6]：在奧氏體向鐵素體相變的過程中， 會(huì)在奧氏體和鐵素體界面上產(chǎn)大量彌散的 VC 的納米析出，析出物呈線狀排列，并且畸變能的增加可有效促進(jìn) VC 的析出。 根據(jù) 1# 鋼晶粒內(nèi)部的析出物的尺寸可以判斷這些彌散的析出物是在精軋階段之后的相變過程中產(chǎn)生的，與文獻(xiàn)[6]中析出類型和方式及其相似。 這些彌散的析出物一方面會(huì)阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)從而提高強(qiáng)度， 另一方面在奧氏體和鐵素體界面上的析出物可以成為鐵素體形核的質(zhì) 點(diǎn)從而促進(jìn)晶粒尺寸的細(xì)化。 2# 試驗(yàn)鋼的晶粒內(nèi)部除可以觀察到少量方形 TiN 析出物外， 還有少量100 nm 左右的球形析出物。 從析出物的尺寸來看， 該析出物是在精軋軋制前析出的， 這類析出物可以起到相變過程促進(jìn)鐵素體形核的作用， 但是由于數(shù)量有限，細(xì)化晶粒效果有限，也難以起到彌散析出強(qiáng)化的作用。
為進(jìn)一步分析 1# 和 2# 試驗(yàn)鋼產(chǎn)生組織及析出物形態(tài)差異的原因，采用熱力學(xué)軟件 JMat 分別計(jì)算試驗(yàn)鋼的微合金元素（Nb、V、Ti、Al）的析出物與溫度的熱力學(xué)平衡關(guān)系， 見圖 4。 從圖 4 可以看出，1# 試驗(yàn)鋼在溫度降至 920℃開始出現(xiàn) M（C，N）析出， 低于 800℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的 M（C，N）析出，800℃之后主要發(fā)生的是 V（C，N）的析出。 同時(shí)考慮到軋制產(chǎn)生的畸變能會(huì)使該曲線右移， 因此整個(gè)精軋階段都會(huì)伴隨 M（C，N）的析出，精軋階段前期析出量較少， 而精軋階段后期和相變過程中會(huì)出現(xiàn) M（C，N） 的大量析出， 這些彌散的析出物的存在可以作為后續(xù)奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的形核點(diǎn)從而促進(jìn)晶粒的細(xì) 化和均勻化。當(dāng)終軋溫度略高于此溫度時(shí)，因?yàn)閵W氏體中積累的畸變能可有效促進(jìn)后續(xù)奧氏體向鐵素體 轉(zhuǎn)變過程 V（C，N）粒子的界面析出，這些析出在鐵素體形核長大的過程中可以起到阻止鐵素體晶界遷 移的作用， 從而達(dá)到組織均勻細(xì)化的目的。 另一方面， 相變后的鐵素體晶粒內(nèi)部存在大量彌散的細(xì)小的析出物還可以通過第二相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)提高晶內(nèi) 強(qiáng)度的方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的提升。
而 2# 試驗(yàn)鋼在 溫 度 降 至 1180℃ 開 始 出 現(xiàn)M（C，N）析出，隨后 M（C，N）的析出物隨溫度的降低逐漸增加。 當(dāng)溫度達(dá)到 1000℃左右時(shí)，即析出物達(dá)到階段的穩(wěn)定平臺(tái)區(qū)后，溫度在 820～780℃時(shí) M（C，N）的析出物會(huì)有少量的突然增加，隨后析出物進(jìn)入第二階段的穩(wěn)定平臺(tái)區(qū)。 考慮到軋制過程中積累的畸變能會(huì)使析出曲線右移的情況，2# 試驗(yàn)鋼階段的析出均發(fā)生在粗軋階段， 此時(shí)析出的粒子可起到細(xì)化奧氏體晶粒、 阻止再結(jié)晶晶粒長大的作用，而第二階段的析出發(fā)生在精軋階段的后期， 且析出數(shù)量有限， 難以起到促進(jìn)奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的促進(jìn)形核的作用。
1# 試驗(yàn)鋼精軋及隨后的相變過程恰好在析出物形核溫度區(qū)間， 彌散的第二相粒子一方面促進(jìn)了隨后的相變過程鐵素體形核并阻礙鐵素體晶界遷移， 實(shí)現(xiàn)均勻組織的作用，另一方面晶內(nèi)的析出物也能起到提高晶內(nèi)強(qiáng)度的作用； 而 2# 試驗(yàn)鋼粗軋階段是析出物主要形核階段，這些析出物可降低和均勻化奧氏體再結(jié)晶的晶粒尺寸， 但在精軋及隨后的相變過程中，由于析出物數(shù)量有限，且新的析出物存在優(yōu)先附著在原析出物上的趨勢(shì)，難以起到促進(jìn)鐵素體晶粒進(jìn)一步均勻細(xì)化的作用。 因此，1# 試驗(yàn)鋼的性能優(yōu)于 2# 試驗(yàn)鋼，特別是低溫沖擊性能表現(xiàn)更為明顯。
結(jié)論
（1） 含V 試驗(yàn)鋼和含 Nb 試驗(yàn)鋼的拉伸性能均滿足 GB/T1591 對(duì) Q390 的要求， 適當(dāng)降低含 V 試驗(yàn)鋼的終軋溫度有利于提高鋼板的屈服強(qiáng)度。
含 V 試驗(yàn)鋼的低溫沖擊性能更好，-40℃ 沖擊功可穩(wěn)定在 150 J 以上。
含 V 鋼的析出區(qū)間恰好在精軋和后續(xù)的相變階段， 這些析出物一方面可促進(jìn)相變過程中形核，另一方面可阻礙鐵素體晶粒的異常長大，使基體組織均勻細(xì)化； 含 Nb 鋼的析出區(qū)間主要在粗軋階段，其作用主要是細(xì)化奧氏體再結(jié)晶晶粒，對(duì)相變后的組織影響有限。
高強(qiáng)卷板 Q390D 9.75 1500 145.6 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 9.5 1500 29.06 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 7.75 1500 39.78 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 7.5 1500 17.81 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 5.75 1500 37.98 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 5.75 1250 17.51 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 5.5 1500 27.01 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 5 1500 16.2 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 4.75 1500 58.15 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 4.75 1250 32.66 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 4.5 1500 24.45 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 4 1500 28.92 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 4 1250 36.64 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 3.75 1500 23.24 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 3.75 1250 21.56 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 3.5 1500 45.56 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 3 1500 57.82 噸 安陽 安鋼
高強(qiáng)卷板 Q390D 3 1250 21.36 噸 安陽 安鋼
