超低温冲击韧性620 MPa级钢板的开发.pdf

第2 9卷第4期102023年8 月宽厚板WIDEANDHEAVYPLATEVol.29,No.4August2023超低温冲击韧性6 2 0 MPa级钢板的开发赵喜伟牛会蛟王九清王通（河钢集团舞钢公司）摘要为了满足某项目对超低温冲击韧性钢板的需求，通过合理的化学成分设计，同时对轧制工艺和热处理工艺进行精准控制，成功开发出具有-8 0 超低温冲击韧性的6 2 0 MPa级钢板。力学性能检验和金相组织观察结果表明，所开发的钢板具有良好的拉伸性能和优良的超低温冲击性能，显微组织以回火马氏体为主，含有少量回火贝氏体和铁素体，综合力学性能优良，组织均匀。关键词超低温1-80冲击韧性显微组织马氏体Development of 620 MPa Grade Steel Plate with Ultra-lowTemperature Impact ToughnessZhao Xiwei,Niu Huijiao,Wang Jiuqing and Wang Tong(HBIS Group Wusteel Company)Abstract In order to meet the requirements of a project on the steel plate with ultra-low temperature impacttoughness,620 MPa grade steel plate that meets the requirements of ultra-low temperature impact toughness at-80C is successfully developed by means of reasonable chemical composition design and precise control of rolling processand heat treatment process.The results of mechanical test and metallographic observation show that the developed steelplate has good tensile properties at room temperature and excellent ultra-low temperature impact properties.The mi-crostructure is mainly composed of tempered martensite,a small amount of tempered bainite and ferrite.The comprehen-sive mechanical properties are excellent with homogeneous microstructure.Keywords Ultra-low temperature,Impact toughness at-80,M i c r o s t r u c t u r e,M a r t e n s i t e0前言随着我国经济的快速发展，国防现代化建设方面的投人越来越大，一些重要装备的升级换代急需大量低温环境下使用的高韧性钢板。结合某项目实际需求，采用低碳多元合金的化学成分设计,在降低生产成本的同时提高钢板的力学性能，满足项目对钢板强度和超低温冲击韧性的要求。在冶炼时尽量降低钢水中气体、夹杂含量，改善铸坏内部质量，为获得均匀的钢板组织和性能奠定基础；轧制时采用再结晶区和非再结晶区两阶段控制轧制，细化晶粒、增加变形带，为后续获得均匀细小的组织创造条件；热处理时充分发挥淬火机能力，获得良好的低温转变组织，辅以合理的回火工艺，获得能够满足项目要求的综合性能。成功开发出具有8 0 超低温冲击韧性的6 2 0MPa级钢板，为我国低温环境用途装备制造提供了必要的技术支撑，具有巨大的经济效益和社会效益潜力。1成分设计根据项目对超低温冲击韧性钢板提出的屈服强度6 2 0 MPa、-8 0 冲击功50 J性能要求，钢板的化学成分采用低碳多元合金化设计，并添加适量的Ni、C r、M o 合金元素来提高钢板强度和淬透性,以满足钢板的力学性能要求，同时添加微合金元素V以细化晶粒，在冶炼过程中严格控制钢中有害元素P、S含量，具体化学成分见表1。第4期C0.09 0.14(赵喜伟，等：超低温冲击韧性6 2 0 MPa级钢板的开发表1试验钢板熔炼化学成分（质量分数）SiMn0.15 0.350.30 0.6011%PS0.015 0.015Ni,Cr、M o3.503.80Cu0.200.015 0.040AIV0.040 0.1002冶炼和轧制工艺将初炼炉冶炼的钢水,通过LF炉和VD炉精炼处理，生产出符合设计成分要求的钢水,再通过连铸机浇铸成钢坏，钢坏经过连续炉加热，由宽厚板轧机轧制成所需厚度的钢板。在冶炼过程中尽量降低钢水中气体和夹杂含量，改善铸坏内部质量；在钢坏加热过程中通过控制加热温度和保温时间来抑制奥氏体晶粒粗化，初步为提高钢板强度和韧性打下基础 2 。根据生产经验制定轧制工艺，钢坏最高加热温度12 50 12 8 0，采用两阶段轧制工艺，粗轧阶段的单道次压下率设定在8%12%之间，精轧阶段的开轧温度8 90，终轧温度8 0 0 8 6 0，轧制结束后浇水快速冷却,钢板返红温度6 0 0 7 0 0。回火温度/ReL/MPaRm/MPaA/%ReL/Rm冲击温度/KV2/J(横向)6507226806577105473热处理工艺根据设计成分计算相变点,进而确定热处理工艺,淬火炉加热温度为（8 6 0 10）,加热时间为（PLC+20）m in，钢板出炉进人淬火机时采用最大水量,淬火机辊速按3 5m/min控制。为了确定最佳的回火工艺，设计了6 50、680、7 10 等3 个不同的回火温度。有文献报道，同一成分轧制成相同厚度的钢板，因轧制方式及轧后冷速的差异会导致钢板实际相变点不同，从而影响钢板的热处理工艺 3.4,因此要求在轧制工艺完全相同的条件下生产试验钢板。对经过不同温度回火处理的试验钢板进行力学性能检验,结果表明：随着回火温度的升高，钢板的屈服强度和抗拉强度逐渐降低，详见表2。表2 3 0 mm厚度试验钢板不同温度回火态力学性能7852274123652250.920.790.81-80-80-80179,175,158255,255,285254,299,256当回火温度为6 50 时，钢板强度较高，冲击韧性较差，金相组织为回火马氏体，见图1；当回火温度为6 8 0 时，钢板的屈服强度和抗拉强度匹配较好,能够满足项目的力学性能要求,显微组织是回火马氏体+少量回火贝氏体+铁素体，见20um图2；当回火温度为7 10 时,试样的屈服强度和图2 钢板6 8 0 回火态组织形貌抗拉强度明显降低，显微组织出现两相区的特征，铁素体含量明显增多,见图3。因此,最佳的回火温度为6 8 0。20Mm20mm图3 钢板7 10 回火态组织形貌20Mm20um图1钢板6 50 回火态组织形貌20um对试验钢板的冲击断口进行扫描分析,断口形貌见图4。从图中可以看出，断口基本上呈现.12出韧性断裂,可看到典型的韧窝形貌;在3 0 0 0 放大倍数扫描电镜下观察，韧窝尺寸相对比较均宽厚板匀，因此试验钢板在8 0 温度下仍具有良好的冲击韧性 5 第2 9卷(a)HVWDMag1/14/202220.0kV 6.3mm 500 11:17:09AM4实际生产效果首批钢板试制成功后，按最优工艺进行大批量生产，后续生产钢板的力学性能完全满足项目技术要求并具有较大富余量，见表3。由表中可材料号位置厚度/mmReL/MPaRm/MPaA/%ReL/Rm冲击温度/KV2/J(横向)L22103201100头部L22103201100尾部35L22103201200头部L22103201200尾部30L22103202100头部L22103202100尾部25L22103202200头部L22103202200尾部5结论（1)通过合理的化学成分设计以及对轧制工艺和热处理工艺的精准控制，成功开发出具有超低温冲击韧性的6 2 0 MPa级钢板,所生产的钢板强度适中，-8 0 超低温冲击韧性良好。(2)进行回火工艺试验研究，得出钢板的最佳回火温度为6 8 0，显微组织为回火马氏体+少量回火贝氏体和铁素体。参考文献1张守清，胡小锋，杜瑜宾，等.海洋平台用Ni-Cr-Mo-B超厚钢板的截面效应 J.金属学报，2 0 2 0,56（9）：12 2 7-12 3 8.2利成宁，袁国，周晓光，等.汽车结构用热轧双相钢的生产现100m图4试验冲击试样断口形貌以看出,批量生产的超低温冲击性能6 2 0 MPa级钢板强度适中，8 0 冲击功单值在150 J以上，超低温冲击韧性良好，完全满足项目苛刻的性能要求。表3 超低温冲击韧性6 2 0 MPa级钢板的力学性能3562263830630626256216332064520629HV.WDMag.1/14/202220.0 kV5.9mm 3.000 11:10:54AM71620.072220.071521.071521.071224.071422.072622.572722.0状及发展趋势 J.轧钢,2 0 12,2 9（5）：3 8-42,50.3李春辉，李晓源，尉文超，等.冷却速度对超高强马氏体钢的马氏体相变起始温度和硬度的影响 J.金属热处理，2 0 2 2,47(7):183-189.4王猛，孙明雪，李成刚，等.冷却速度对5Ni钢组织和相变温度的影响 J.东北大学学报（自然科学版），2 0 14,3 5（2）：2 2 3-227.5罗志俊，王丽萍，王猛，等.板条M/B组织对低碳马氏体钢强韧性的影响 J.材料热处理学报,2 0 12,3 3(2)8 5-9 1.赵喜伟，男2 0 13 年毕业于内蒙古科技大学钢铁冶金专业,高级工程师。收稿日期:2 0 2 3-0 1-2 720 um0.87-800.88-800.88-800.87-800.84-800.88-800.89-800.86-80223,182,207210,231,281216,211,195205,146,250202,159,159190,224,207187,172,258151,215,221