铌钛微合金钢板的工业试制

N b -T i 微合金化钢板的工业试制
代晓莉，范建文，谢瑞萍，张维旭，王彦锋
（首钢总公司技术研究院，北京100041
）摘
要：用热模拟试验方法研究了N b -T i 微合金钢的再结晶规律，在此基础上制定了合理的炼钢、控轧
控冷工艺，进行N b -T i 微合金钢的工业试制。

分析了N b 、T i 等微合金元素对钢材组织、性能的影响。

研究结果表明：对Q 345钢进行N b 、T i 微合金处理并采用合理的控轧控冷工艺后，板材铁素体晶粒度提高1.5~2.0级，力学性能达到了Q 390D 的要求。

关键词：N b -T i 微合金钢；T M C P ；热模拟中图分类号：T G 142.13；T G 156.21
文献标识码：A
文章编号：1003-9996（2005）01-0011-03
T r i a l p r o d u c t i o n o f N b -T iL i c r o -a l l o y e d s t e e l p
l a t e D A I X i a o -l i ，F A NJ i a n -w e n ，X I ER u i -p i n g ，Z H A N G W e i -x u ，W A N GY a n -f e n g
（T h eT e c h n i c a l R e s e a r c h I n s t i t u t e S h o u g a n g ，B e i j i n g 1
00041，C h i n a ）A b s t r a c t ：T h e r e c r y s t a l l i z a t i o n r u l e s o f t h eN b -T im i c r o -a l l o y e dC -M n s t e e l h a v e b e e n r e s e a r c h e db y t
h e h o t s i m u l a t i o n t e s t s .A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n t h e l a b o r a t o r y ，t h e a p p r o p r i a t e s t e e l m a k i n g a n dT M C P t e c h -n o l o g i e s h a v e b e e nm a d e u p a n d t h e i n d u s t r y t r i a l p r o d u c t i o n h a s b e e n p e r f o r m e d .S o m e r e s e a r c hw o r k h a s b e e n d o n e a b o u t t h e e f f e c t s o f N b a n dT i e l e m e n t s o n t h em i c r o s t r u c t u r e a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e f e r r i t e g r a i n s i z e l e v e l o f t h i s N b -T i m i c r o -a l l o y e d s t e e l p l a t e a d v a n c e s 1.5t o 2.0l e v e l a n d t h em e c h a n i c a l p r o p e r -t i e s r e a c hQ 390D .
K e y w
o r d s ：N b -T i m i c r o -a l l o y e d s t e e l ；T M C P ；h o t s i m u l a t i o n 收稿日期：2004-03-01作者简介：代晓莉（1977-）
，女（汉族），黑龙江人，工程师，硕士。

1前言
铌微合金化高强度钢获得了广泛的应用，如
汽车零部件、管线钢等［1-3］。

利用N b 在钢中的
物理冶金特性，通过N b 、T i 微合金化技术及控
轧控冷技术，可使普通碳锰钢的晶粒明显细化，同时有较强的析出强化作用，从而在使材料冲击韧性不降低甚至有所改善的条件下，大幅度提高
材料的强度水平［4］。

为了提高板材质量，研发
新产品，在普通C -M n 钢的基础上，结合首钢总公司的实际情况，开展了N b 、T i 微合金化的
应用研究。

2研究工作
2.1实验室工作
在进行工业试制前首先在G l e e b l e -2000热
模拟试验机上进行了热模拟试验，研究材料的再结晶规律，以便科学制定轧制规程。

试样以10࠷／s 的速度加热到1200࠷，保温10m i n 后，以2࠷／s 的速度冷却到一定温度进行
双道次变形，变形温度范围为1120~840࠷，变形量为30%，道次间隔时间为0.1~100.0s 。

采用2种化学成分（普通C -M n 钢和N b -T i 微合金钢）试样，成分如表1所示，用于研究N b 、T i 微合金化对材料再结晶规律的影响。

试验获得变形温度、道次间隔时间对N b -T i 微合金钢软化率的影响，如图1所示，作为对比，采用同样方法获得Q 345钢的软化规律，道次变形量为20%，软化率的变化如图1b 所示，软化
率变化可以间接反映材料的再结晶规律［5，6］。

·
11·2005年2月
·第22卷
·第1期F e b .2005V o l .22N o .1
轧钢
S T E E LR O L L I N G
图1N b -T i 微合金钢与Q 345钢软化率曲线
a ）N i -T i 微合金钢，变形量30%
变形温度／࠷：1-1120；2-1080；3-1040；4-1000；5-960；6-920；7-880；8-840
；b ）Q 345钢，变形量20%
变形温度／࠷：1-1000；2-960；3-920；4-880；5-840；6-800
由图1可以看出，道次间隔时间为10s 时，N b -T i 微合金钢的未再结晶区约在900࠷以下，
Q 345钢的未再结晶区在840࠷以下，N b -T i 微合金钢的未再结晶区比Q 345钢范围扩大，可以保证轧机在较高温度下进行未再结晶区控制轧制，使轧机有能力加大未再结晶区的总压下量。

实验室研究为制定工业试制中的轧制规程提供了
依据。

2.2工业试制
2.2.1炼钢
冶炼工艺：铁水脱硫扒渣预处理→210t 转炉吹炼→挡渣出钢→钢包合金化→精炼站喂丝、调整成分→板坯连铸（全保护浇注）→铸坯精整。

表1试样化学成分
%
钢
种
C S i M n P S N b T i Q 345（C -M n 钢）
0.12~0.160.25~0.401.25~1.40≤0.02≤0.02--N b -T i 微合金钢
0.12~0.16
0.25~0.40
1.25~1.40
≤0.02
≤0.02
0.03~0.05
0.01~0.02
2.2.2轧钢
根据实验室热模拟结果制定了控轧工艺。

工业轧制在首钢中板厂3300m m 轧机上进行，轧制规格包括厚12、16、20、25m m4种，基本覆盖了中板厚度范围。

在轧制工艺上主要考虑了以下几方面：（1）加热温度为1200~1250࠷，以保证N b （C ，N ）完全固溶，同时存在未溶T i N 质点来抑制加热时奥氏体晶粒的长大，并可降低终轧温度。

（2
）轧制过程实行控制轧制，进行再结晶区和未再结晶区轧制。

根据N b -T i 微合金钢再结晶图所示，为了避免出现混晶组织，第1轧程粗轧阶段开轧温度控制在1000~1150࠷，采用大压下轧制以获得均匀的奥氏体晶粒组织；第1阶段轧制结束后待温到材料未再结晶温度880࠷左右，然后进行第2轧程，即精轧阶段，控制总压
下量和道次压下量，以增加形变带和形变诱导析出效果，此阶段总变形量大一些对提高板材性能有益。

（3）终轧温度控制在780~840࠷左右。

（4
）终轧后采用水幕冷却，水冷终止温度控制在630~690࠷。

2.3板材的组织性能检验
对现场截取的中板试样进行金相组织及性能检验，按照国标G B ／T 700-1988进行晶粒度及带状物评级，并对试样按国标进行横、纵向常温拉伸、不同温度下的冲击试验，以及时效冲击和冷弯试验。

3工业试制结果
3.1微观组织
金相观察结果表明，N b -T i 微合金钢中铁素体晶粒细小，晶粒度达到10级以上，带状物为4.5级；而相同轧制温度范围内Q 345钢的晶
·
21·轧钢
2005年2
月出版
粒度为8~9级。

由此可见，在原有Q 345成分的基础上添加N b 、T i 之后，微观组织有较明显变化。

图2为N b -T i 微合金钢板的金相组织。

图2N b -T i 微合金钢（X -02
）板的金相组织3.2力学性能
选取7块N b -T i 微合金钢板进行力学性能检测，并对首钢Q 345钢板的力学性能进行统计，结果如表2所示。

表2N b -T i 微合金钢板与Q 345钢板的力学性能比较
试
样规格／m m 屈服强度／M P a 抗拉强度／M P a 伸长率／%冲击功／J N b -T i 微合金钢X -011241555327123X -02
1246557531115X -031640253831117X -041646256729115X -05
2043354828119X -062542256030130X -07
2541554530126Q 345钢
12
37952928123163735262799203715242810125
375
532
27
91
从表2可以看出，N b -T i 微合金钢与Q 345钢相比，不仅强度明显提高，而且塑性、冲击性能也有所提高，完全达到Q 390D 钢板的要求，部分达到Q 420级的要求，显示出N b 、T i 细化晶粒的作用。

同时，通过对钢种再结晶规律的掌握，制定合理的轧制工艺对提高钢材的各项性能也起到了较大作用。

4讨论
（1
）由图1可以看出，两道次间隔时间为10s 、N b -T i 微合金钢在880࠷时材料的软化率约在0.1左右，并且随着间隔时间的延长，软化率上升缓慢；在道次间隔时间为100s 时软化率不足0.3。

而Q 345钢的软化率在道次间隔时间为10s 时能达到0.8左右，道次间隔时间为100s
时完全软化。

这些现象表明，在普碳钢中加入N b 、T i 等微量合金元素后可以阻止奥氏体晶粒
形核、长大，延迟材料的再结晶。

（2）同一规格的N b -T i 微合金钢比Q 345钢的屈服强度、抗拉强度高30、40M P a ，伸长率基本相同或稍高，冲击功有所增加，这主要是由于N b 、T i 的细化晶粒作用。

并且，降低未再结晶轧制温度能使材料的综合力学性能改善。

同一规格的N b -T i 微合金钢，以厚12m m 板为例，X -02比X-01材料除冲击功稍降低外，其他力学性能均上升，二者的区别是，X -02比X -01在未结晶区轧制时压下量增加，轧制温度
下降。

这些现象表明，增加未再结晶区的板材压下量，降低轧制温度能提高板材的综合力学性能。

（3）采用不同工艺生产的N b -T i 微合金钢的晶粒均较细，晶粒度达到10级以上，而Q 345钢的晶粒度一般为8~9级，显示了N b 、T i 良好的细化晶粒作用。

5结论
（1）普碳钢化学成分中添加N b 、T i 可以降
低材料的再结晶温度；N b 含量为0.03%的钢板，再结晶温度在900࠷左右。

（2）N b -T i 微合金钢晶粒细小，板材晶粒度在10级以上，N b 、T i 细化晶粒的作用显著。

（3
）采用合理的控轧控冷工艺可以较大地提高材料的综合力学性能，钢板强度可达Q 390D 级，部分钢板强度可达Q 420级。

参考文献：
［1］G e o f f r e y T
i t h e r .1981~2001年间铌市场及技术的发展［M ］.北京：冶金工业出版社，2003.1-16.［2］东涛，孟繁茂，王祖滨，等.神奇的N b 一铌在钢铁中的应用［Z ］.北京：中信美国钢铁公司，1996.［3］王祖滨，东涛.低合金高强度钢［M ］.北京：原子能出版社，1996.［4］王占学.控制轧制与控制冷却［M ］.北京：冶金工业出版社，1988.［5］P a l m i e r eEJ .T h e i n f l u e n c e o fN i o b i u ms u p
e r -s a t u r a t i o n i n a u s t e n i t e o n t h e s t a t i c r e c r y
s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r o f l o wc a r b o n m i c r o a l l o y e d s t e e l s ［J ］.M e t a l lT r a ，1996，27（4）：951-960.
［6］K w o nO ，D e a r d oA J .I n t e r a c t i o n b e t w e e n r e c r y
s t a l l i z a t i o n a n d p r e c i p i t a t i o n i nh o t -d e f o r m e dm i c r o a l l o y
e ds t e e l s ［J ］.A c t a M c t ，1991，39：529-537.
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31·第22卷·第1期代晓莉等：N b -T i
微合金化钢板的工业试制。