中厚板厂钢板性能分析

中厚板厂钢板性能分析
近期，我厂钢板性能控制不理想，特别是Q460C、JG590等性能不合量较大，严重威胁了我厂合同兑现率的完成。

为进一步理清我厂的钢板性能控制，寻找进一步提高性能合格率的措施，现对我厂影响性能的重点工序进行分析。

一、炼钢坯料问题
坯料问题对我厂性能的影响很大，主要有以下几点：
1、化学成分
化学成分对钢板的最终组织和性能有直接的影响，其中影响最大的是C％、Mn％、S％、P％和合金元素。

a、碳：随着碳含量的增加，抗拉强度、屈服强度增加，延伸率和冲击值下降。

b、锰：可以提高强度，且Mn/C比值越大（达2.5以上），钢的低温冲击韧性就
越好。

但当Mn％超过1.5％时，塑性变差。

c、磷：可以使抗拉强度稍有增加，但延伸率和冲击功下降，但P可以提高耐蚀
性。

d、硫：是非常有害的元素，且容易形成偏析，降低强度和塑性，易形成热脆裂
纹。

e、合金元素如铌、钒、钛，可以大大提高强度，细化晶粒。

在成分设计时，必须充分考虑各元素的含量分配。

一般来说，如果抗拉强度不合，很可能是成分偏低造成的。

2、夹杂物
钢中的夹杂物是任何一种裂纹萌生、扩展到断裂的直接原因，当夹杂物达到
较高数量，偏析达到一定程度时，轧钢控制再精细，也会造成冷弯、冲击、拉伸等的不合。

延伸性能不合时，要对不合试样进行夹杂物分析，比如12979、12110批，夹杂物严重超标，则性能不合的责任归咎于三炼钢。

3、成分偏析
由于冶炼原因造成的成分偏析（这种现象很普遍），造成能够抑制晶粒长大的夹杂物的分布不均匀，在加热时容易造成混晶现象。

4、裂纹
裂纹对性能的影响不言而喻。

二、热装热送
热装热送对我厂钢板性能控制有一定的影响，Ar3是冷却时钢从奥氏体向铁素体转变的开始温度（一般在800℃左右），Ar1是冷却时钢从奥氏体向珠光体转变的终了温度（一般在650℃左右），相变能够起到晶粒细化的作用。

1、当装炉温度低于Ar1时，钢坯内的凝固组织及C、N化合物的析出与冷装坯
基本无区别，对于性能影响不大。

2、当装炉温度高于Ar1时，由于装炉前钢坯没有经过相变或相变不完全，钢坯
内晶粒比较粗大或处于混晶状态；而且在加热时，钢坯仍将不能经过铁素体向奥氏体的相变细化，因此：
2.1、对于普碳钢，当装炉温度高于1000℃，轧制时必然发生再结晶，因此可以通过热轧过程发生的再结晶进行晶粒细化，所以影响小。

2.2、对于低合金钢，其具有较高的再结晶温度，即使1150℃左右的高温轧制也不能保证钢中再结晶进行的充分，所以钢种将产生粗大的晶粒或混晶，力学性能
将恶化。

综上，对于低合金钢，如果热装温度较高，必须采用更高的加热温度，保证钢处于再结晶区，以便在轧制时发生再结晶细化，消除混晶组织，能够显著提高冲击韧性。

三、加热
加热工序重要的工艺参数有加热温度、加热时间，对我厂而言，加热是保证钢板性能最重要的工序。

1、对于普碳钢，随着加热温度的提高，奥氏体晶粒长大，在900℃和1150℃
有两个明显得平台，在这两个温度上，奥氏体晶粒比较均匀，当加热温
度超过1180℃左右，晶粒急剧长大。

主要原因是，随着加热温度的提高，组织晶粒长大的C、N化合物被大量溶解。

因此，普碳板的加热温度不易过高，在温度均匀的基础上，可以控制在1100℃左右。

2、对于低合金钢，要尽量保持高的加热温度，一个原因就是前面在“热装热
送”中所述，即相变细化；另外一个很重要的原因就是随着加热温度的提
高，钢坯中的Nb、V等微合金元素的固溶量增多，这些元素固溶后，以
C、N化合物的形式存在，能够抑制加热过程中奥氏体晶粒的长大，而且
在轧制过程和冷却过程中，这些固溶的C、N化合物又会呈弥散析出，
从而起到细化晶粒的作用。

所以，对于低合金钢，必须保持1150℃左右的均匀的加热温度，否则其中的合金元素将无法发挥晶粒细化作用，从而对各项性能产生不利影响。

四、粗轧机
粗轧机道次压下量是粗轧机最重要的参数，粗轧阶段要保证大于临界变形率
的道次变形量，才能确保发生再结晶；也可以使用10％左右的压下量，产生部分再结晶，通过多道次的轧制，最终形成全面的再结晶细化。

当前，大部分低合金钢中都含有微量元素Nb。

据有关资料显示，含Nb钢的控制轧制经常产生混晶组织。

如果Nb钢在促使再结晶发生的临界变形量以下的变形量轧制，则奥氏体晶粒会因变形诱发晶界移动而合成一体后，迅速生成比初期晶粒还要大的晶粒。

生成这样的晶粒后，即使在以后进行大压下，即使进行奥氏体未再结晶区轧制，也难以消除，形成粗大晶粒或混晶组织。

当前粗轧机压下量较小，压下率甚至达不到10％，这点对性能的不利影响无法避免。

应当说，当前，压下量对性能的影响可以与加热对性能的影响相提并论。

五、精轧机
1、开轧温度
必须选择合适的精轧机开轧温度，以避开奥氏体不完全再结晶区（940-970℃），避免产生混晶组织。

另外，如果开轧温度低，造成精轧机加道次，使本来就不大的压下量再度减少，就像“粗轧机”中所解释的那样，对性能造成恶劣影响。

2、中间坯厚度
采用两阶段控制轧制时，第一阶段是在完全在结晶区轧制，之后，进行待温或快冷，以防止在不完全再结晶区轧制。

待温后，在未再结晶区进行第二阶段即精轧阶段的控制轧制。

第二阶段，即待温后到成品厚度的总变形率应大于40-50%以上。

第二阶段的总变形率越大（一般不大于65%），则铁素体晶粒越细小，弹性极限和强度就越高，脆性转变温度越低。

所以，中间待温后的钢板厚度（即中
间厚度）是非常重要的一个参数。

现场一般控制在50-60％。

3、道次压下量
在未再结晶区轧制时，加大道次变形量，以增多奥氏体晶粒中滑移带和位错密度、增大有效晶界面积，为铁素体相变形核创造有利条件，对提高钢板韧性极为有利。

4、终轧温度
在奥氏体区轧制，终轧温度越高，奥氏体晶粒越粗大，转变后的铁素体晶粒也越粗大，并容易出现魏氏组织，对钢的性能不利。

在奥氏体未再结晶区，终轧温度的高低直接决定了冲击韧性的大小，而且随着终轧温度的降低，晶粒进一步细化，对强度、塑性都有好处。

终轧温度一般控制在800℃以上。

六、ACC
ACC最主要的功能就是提高强度，其次就是通过细化晶粒提高塑性，并稍稍提高韧性。

TMCP首先调整奥氏体状态，以便控制轧制增加铁素体相变核，再经控制冷却降低相变温度，促进铁素体相变核的增加，以获得相变组织的微细化。

控制轧制后进行控制冷却的组织是细晶铁素体核和微细弥散型贝氏体的混合组织，铁素体晶粒细化核贝氏体比例的增加使强度增大。

1、普通合金元素降低奥氏体到铁素体的相变温度Ar3。

Ar3的降低扩大了
奥氏体未再结晶加工区域，同时还抑制了相变后铁素体晶粒的生长
（温度变低，晶粒生长速度变慢），对铁素体晶粒细化有利。

对于添
加铌、钒、钛的钢，当冷却速度在10℃/s时，其强度与相同条件下控
制轧制空冷材相比，提高50-100MPa。

2、控制冷却钢板的韧性基本上由合金成分和控制轧制程度来决定，要想
提高韧性，必须降低终轧温度。

冷却停止温度对钢板韧性影响较大，
太低的冷却停止温度（低于500℃）不利于韧性。

但在我厂的工艺中，冷却停止温度一般在600℃以上，基本不会对韧性产生不利影响。

3、随着冷却速度的增加，组织变化如下：铁素体的颗粒细化――珠光体
带消逝及其微细分散―――珠光体消失核生成取代它的微细贝氏体。

4、控制冷却强化因素有：
4.1、铁素体的颗粒细化。

4.2、析出强度量增大。

4.3、贝氏体体积百分比增加。

4.4、要想通过控制冷却来提高韧性，重要的是铁素体颗粒细化的同时，微
细分散生成的贝氏体，这要通过相变前的奥氏体颗粒均匀细化来实
现。

其中提高屈服强度的因素是4.1和4.2，而决定抗拉强度的主要因素是
4.3。

5、韧性对应终轧温度；强度可以通过控制冷却来提高，塑性也可以部分
提高。

因此，在保证终轧温度的基础上，通过控制冷却来实现高强度，控制轧制是基础。

只有理想的控制轧制时奥氏体晶粒尽量细化才能使
控制冷却发挥更大的作用。

6、冷却速度较小，转变产物为珠光体；较大，产物为贝氏体；很大时，
产物为马氏体，马氏体强度高，塑性差，如果冷却速度过大（超过临
界冷却速度），容易产生魏氏组织，必须进行回火热处理。

7、常规轧制时，对再结晶后的奥氏体进行控制冷却时，可以阻止再结晶
奥氏体的进一步长大，相变后铁素体发生某种程度的晶粒细化，但效
果并不明显。

而且冷却速度过快，对表面质量也不好。

8、控制轧制后，如果对未再结晶的奥氏体进行控制冷却，则不仅在变形
后的奥氏体晶界面或变形带出生晶核，在奥氏体晶粒内也生成铁素体
核，实现了铁素体的大幅度晶粒细化，增加贝氏体数量和C、N化合
物的强化，增加钢板的强度，改善钢板的韧性。

冷却得停止温度决定
了生成贝氏体的数量，强度随着冷却停止温度的降低而提高。

随着冷
却速度的增大，Ar3会下降，相变核增加，相变后的晶粒成长受到抑
制，因此晶粒更加细化，铁素体会呈针状，强度也会进一步增加。

因此，在现有的成分下，提高冷却速度可能使强度过高，还可能超过标准要求，所以，使用ACC后，必须进行成分调整，降低碳当量；碳当量降低后，塑性将进一步提高，焊接性能也会转好，还可以改善冷弯性能。

七、取样
1、取样尺寸，主要试样宽度增加，加工变形的影响就会越小，对性能有利。

2、对于取样位置，不应在样条上随意切取，而应该在试样的1/4处切取。

3、钢温不均匀时，试样必须在钢板的头或尾部剪切，避开黑印区。

4、钢板在250－400℃范围剪切时，会产生蓝脆，使塑性、韧性降低，焊接
性降低，与正常情况比较，钢会变得硬而脆。

5、另外，取样时必须一一对应，一是对用户负责，二是热处理投用后，如
果性能不能一一对应，有针对性的制定热处理工艺将成为空谈。

八、现场工艺控制要求
1、装炉温度的影响只能通过后续工序的努力来消除。

2、对于普碳钢，低的加热温度或微钛合金化以抑制加热过程奥氏体晶粒长
大；对于低合金钢，必须保证1150℃左右的均匀的加热温度，充分发挥合金元素的晶粒细化作用，这是保证性能的前提。

3、控制粗轧阶段的轧制、控制精轧阶段在未再结晶区轧制增加有益的铁素
体形核量。

4、选择合适的中间坯厚度，保证压缩比，使铁素体晶粒充分细化。

5、选择合适的第二次开轧温度，要低于940℃，避开奥氏体不完全再结晶
区。

6、为保证低温冲击韧性，要选择合适的终轧温度，并严格执行，特别是当
成分偏低和钢温不好时，要进一步降低终轧温度。

7、轧后进行加速冷却，选择合适的冷却速度和终冷温度，生成铁素体和贝
氏体的混合结构。

8、取样温度必须控制在250℃以下，并保证适当的宽度和一一对应。

9、当钢温不均匀或偏低时，对于控温板，必须保证精轧机的道次压下量，
并选择较低的终冷温度。

10、。