過程1鋼板切割不能進行完畢

　　介紹了本鋼550MPa級熱軋高強鋼產品的設計、冶煉、軋制工藝和性能情況。利用本鋼雜質較少的優質鐵水，冶煉出低P、低S、低夾雜物的純凈鋼水，通過各種強化合金元素的控制，來保證產品性能；通過2300mm熱軋機組較強的控軋控冷能力，保證各溫度點的穩定控制，終實現上述系列高強鋼的通卷穩定的力學性能；開發出的產品不僅具有較高的強度，同時具有良好的低溫沖擊韌性、冷成型性能、焊接性能等。新開發的高強鋼產品已經在多家企業得到實際應用，用戶使用過程中板形良好，成型性能優異。

　　隨著工程機械向大型化、輕量化及重載荷等方向的發展，焊接高強度結構用鋼的強度級別、使用比例和質量要求也在不斷的提高，同時隨著新國標GB1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》標準的發布，標準中明確規定：6軸列車的總重限制在49t，而6×2牽引組成的6軸列車將被限重在46t，表明國家對超載超限的控制越來越嚴格，因此通過高強度鋼板的使用來減輕車身自重、提高載貨能力的需求也越發迫切。

　　國內首鋼、太鋼在熱軋高強鋼產品領域的開發較早，在2010年左右已經完成了屈服強度550MPa高強鋼的研發，應用于汽車底梁制作，達到較好的減重效果。本鋼集團有限前期完成過高強集裝箱用鋼及高級別管線用鋼的開發工作，對相關合金元素作用機理有較為深入的研究，尤其是高Ti鋼的析出強化及相變強化作出了大量的基礎分析工作；同時借助本鋼2300mm機組超強的控軋控冷能力，能夠對關鍵溫度點進行穩定控制，有利于通卷性能的穩定，是本項目開發的系列高強鋼產品的重要保證。

　　對于制造車輛部件、起重運輸設備和其他移動設備的企業而言，鋼材重量減輕會使產品降低生產成本、提高有效載荷，從而使產品具有更強的競爭力。為適應工程機械發展的需求，從2015年開始，本鋼開始開發屈服強度550MPa系列熱軋高強鋼產品并逐步實現了量產，截止到2018年底，生產Q550D、Q550E等鋼種合計約8萬噸，為企業創造了巨大的經濟效益，同時由于高強鋼的使用，起到了節能減排的良好社會效益。

　　550MPa級高強鋼執行標準為GB/T1591，屈服強度要求≥550MPa，但其抗拉強度要求≥670MPa，抗拉強度實物已達700MPa級，同時要求良好的低溫沖擊韌性，其中Q550D要求-20℃溫度下的沖擊韌性，Q550E要求-40℃下的低溫沖擊韌性，同時要求材料具有良好的成型性能、焊接性能及抗疲勞性能，以滿足其在制作汽車大梁等部件時的良好使用性能，其具體技術指標見表1。

　　屈服強度550MPa高強鋼成分設計上具有創新性，在成份設計上，為合理匹配強韌性，采用了低的碳含量；低的P、S含量，以及硫化物的球化處理，采用Nb、Ti復合微合金化，配合熱連軋的控軋控冷，通過細晶、析出和相變強化機制，保證卷板獲得要求的性能。其成分設計中，為了得到較高的強度，同時不增加大量的合金成本，采用高Ti的成分設計，替代部分的Mn、Nb元素的強化作用，由于Ti價格低廉，因此較大幅度的降低了合金成本。

　　碳：碳含量控制在0.04%-0.08%之間，采用低的碳含量，以保證鋼板具有良好的成型性、高的韌性和焊接性能。為保證良好的沖擊韌性，Q550E鋼種在Q550D鋼種的基礎上進一步減低了C含量。

　　錳：錳含量應控制在1.5%-1.8%之間，除提高強度外，錳可提高奧氏體的穩定性，在一定冷速下，抑制奧氏體向鐵素體和珠光體轉變，使Bs點下降，有利于貝氏體板條的形成和細化，同時還可降低析出碳化物的尺寸，促進沉淀強化效應。

　　鈮：起細化晶粒和沉淀強化作用，鈮可提高再結晶溫度，通過TMCP可有效細化晶粒，改善因析出強化造成的韌性降低，從而使鋼板獲得高強度、高韌性的綜合性能。Nb對細化晶粒的效果較為顯著，能使精軋時更多的變形發生在Tnr溫度以下，Q550E鋼種由于要求-40℃沖擊功，因此Nb含量較比Q550D有所增加，主要是為了晶粒更加細化，有利于低溫沖擊韌性。

　　鈦：由于鈦合金化成本較低，鈦不但可細化奧氏體晶粒，通過TiC的析出還可大幅度的提高強度， 因此上述開發的鋼種均為高Ti鋼成分體系。Ti因為在奧氏體中溶解度高，對沉淀強化有利，但因其化學活性太大，加入鋼中的Ti極易與N、S結合，剩余部分對形成TiC沉淀、提升性能有效，這部分Ti被稱為“有效Ti”，這種有效Ti隨鋼中S、N、O等元素變化波動很大，故含Ti鋼性能很難保持穩定。高溫條件下，鋼中的N元素會優先形成TiN，鋼中的S元素與Ti結合形成Ti4C2S3，當Ti含量足夠將鋼中的N和S全部固定后，多余的Ti才形成TiC。TiC粒子在相間或相變后在鐵素體內析出，能產生強烈的沉淀強化效果。鋼中的有效Ti含量主要取決于Ti、S、N含量，S和N含量越低，有效Ti的含量越高，強化效果越明顯，因此，為保證材料力學性能穩定，除了保證穩定的C、Ti含量外，穩定控制N和S含量是非常重要的。

　　硫含量及硫化物形態控制：為保證在高強度下鋼板具有良好的冷彎性能，硫含量要求不大于0.004%，并通過喂硅鈣線對硫化物進行球化處理，同時降低鋼中的氧含量。

　　Q550D及Q550E鋼種的顯微組織設計是鐵素體+貝氏體+少量珠光體，控軋控冷工藝控制的目的是為了得到需要的組織和性能，對組織和性能影響較大的熱軋工藝參數主要是板坯加熱溫度、開軋溫度、終軋溫度、卷取溫度、冷卻速度和冷卻方式。

　　Q550D、Q550E是以析出強化為主的高Ti鋼，其高強度主要源于TiC、NbC等析出物，因此，選擇了1240℃較高的加熱溫度，在這一溫度下，使得已經存在的大部分Nb和Ti的C、N化物再度固溶，然后在軋制和卷取過程中析出，起到細化晶粒和析出強化作用。通過高Ti鋼的生產實踐表明，加熱溫度對強度影響較大，加熱溫度偏低往往是造成拉伸強度偏低的主要原因。

　　550MPa級高強鋼終軋溫度的選擇主要考慮的是充分細化奧氏體晶粒，同時為后續相變獲得更多的鐵素體和貝氏體含量創造條件，為此需在Ar3以上盡可能的降低終軋溫度。隨著終軋溫度的降低，形變存儲能增加，缺陷增多，降低了過冷奧氏體的穩定性，使形變奧氏體更容易發生由奧氏體向鐵素體的相變，同時形核點增多，有利于后續相變時鐵素體的晶粒細化和含量增加。550MPa高強鋼是含Nb微合金化鋼，隨著終軋溫度的降低，未再結晶區的累積變形量增加，使奧氏體晶粒變薄、拉長，增加滑移帶和位錯密度，增加有效晶界面積，從而增加形核點，進一步細化相變后的鐵素體及貝氏體晶粒。綜上所述，同時考慮軋機的能力和順行，結合生產實踐，確定終軋溫度為830-860℃。

　　550MPa級熱軋高強鋼在冷卻和卷取過程中，經歷以下三種組織轉變：1）在鐵素體晶界和晶粒內位錯析出，是析出強化的主要來源；2）鐵素體晶粒的回復、再結晶和長大使強度下降；3）析出粒子非共格化、長大和聚集，對位錯或晶界移動的阻礙作用減弱使強度下降。

　　卷取溫度的選擇必須兼顧上述三種轉變過程，即不能高也不能過低，較高的卷取溫度，如630℃時，過程2）和3）將占主導地位，導致強度下降；過低的卷取溫度，如530℃時，過程2）和3）很弱或者根本就不發生，同時由于動力學的原因，過程1）不能進行完畢，Nb、Ti化物的析出被“凍住”而消弱了析出強化效果。因此，確定析出的溫度和獲得較多的非多邊形鐵素體，才能綜合發揮各強化機制的作用，大量的研究結果和生產實踐表明，600℃左右的卷取溫度是析出的溫度。

　　550MPa級高強鋼產品容易出現沖擊功波動的問題，技術條件中要求-20℃或-40℃沖擊功≥47J，實際檢驗中經常出現不合標準的情況，鋼的脆性轉變溫度高是造成-20℃或-40℃低溫沖擊不合的主要原因，一是鋼板厚度較厚，精軋變形量小控軋難，晶粒細化和均勻性差；二是此鋼種采用的主要強化機制是TiC的析出強化，析出強化提高強度的同時提高轉變溫度。同時從組織上看，晶粒不均的現象比較明顯，主要是提高淬透性元素含量較低，造成表面和心部冷卻不均。

　　通過金相組織分析發現，沖擊功不合的厚規格高強鋼產品的晶粒不均的現象非常明顯，尤其是表面及心部組織差異較大，表面組織細小，心部組織較為粗大，這種組織結構對沖擊性能極為不利，因此通過改變軋制工藝的方式，使組織細小均勻，較大幅度地提高沖擊韌性，具體方案如下：

　　①粗軋兩道次壓下量＞35mm，粗軋后一道次壓下率≥25%，保證原始奧氏體晶粒的充分細化；

　　②中間坯厚度由45mm調整為55mm，保證精軋區域變形量增加，保證成品晶粒的細化；

　　③嚴格控制精軋溫度≤1050℃，使精軋區域更多的變形發生在Tnr溫度以下，得到理想的F+B組織，降低韌脆轉變溫度的同時提高沖擊性能。

　　通過上述方案的實施，目前高強鋼系列產品的沖擊功均值由原來的54J提高到目前的115J，均值提高61J，解決了沖擊不合的問題。

　　通過上述成分及軋制工藝的合理設計，本鋼開發的屈服強度550MPa級高強鋼，其強度完全達到相關標準要求，同時沖擊性能優異，具備良好的冷彎性能和冷成型性能、焊接性能，具體如下：

　　通過表3及表4可見，Q550D及Q550E鋼種各項性能指標完全符合要求，且具有較高的延伸率和低溫沖擊韌性，證明其成分及軋制工藝設計是合理的。

　　為了了解Q550D及Q55OE鋼板的低溫沖擊韌性，進行了系列沖擊試驗。圖1為厚度10.0mm的Q550D及Q550E鋼 種的系列沖擊功曲線℃時沖擊功仍可達40J以上，Q550E鋼板在-60℃時沖擊功仍然滿足標準要求，證明具有良好的低溫韌性。

　　對Q550D及Q550E鋼板進行了180°寬度b=50mm，d=a的橫向彎曲試驗，結果全部合格，見圖2，表明試驗鋼板除抗拉強度達到了700MPa外，還具有優良的冷彎成型性能。

　　通過上述各項控制手段，終得到了以鐵素體+貝氏體+少量珠光體為主的金相組織，鐵素體晶粒度12級，組織均勻、細小，表明成分和軋制工藝是合理的，冷卻速率比較合理，達到了設計要求。同時也保證了良好的低溫沖擊韌性。

　　1）利用本鋼雜質較少的優質鐵水，冶煉出低P、低S、低夾雜物的純凈鋼水，通過各種強化合金元素的控制，來保證產品性能；通過2300mm機組較強的控軋控冷能力，保證各溫度點的穩定控制，終實現上述系列高強鋼的通卷穩定的力學性能。

　　2）通過低成本的合金成分設計尤其是有效Ti的穩定控制，同時采用特殊的控制控冷工藝手段，使得開發出550MPa級高強鋼產品不但具有較高的強度，同時具有良好的低溫沖擊韌性、冷成型性能等。

　　3）開發的產品已經用于制作深圳中集車輛汽車底梁、大連中集保險柜支架、金天馬集團改造車大梁、平安車業自卸車車廂板等部件，用戶使用過程中板形良好，成型性能優異。（劉志璞 胡小強 閔洪剛）
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