張英杰

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司 寬厚板廠，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

濟(jì)鋼生產(chǎn)的低屈強(qiáng)比油罐鋼由于工藝不完善，鋼板屈強(qiáng)比過(guò)高（達(dá)到0.95以上），無(wú)法滿足技術(shù)要求，導(dǎo)致批量鋼板降級(jí)改判，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)軋制、水冷及熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，對(duì)低屈強(qiáng)比油罐鋼采用“在線淬火+離線回火”工藝，實(shí)現(xiàn)了其各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足要求，屈強(qiáng)比下降到0.90以下，鋼板一次性能合格率達(dá)到90%以上，具備了批量生產(chǎn)的條件。

2 生產(chǎn)中存在的主要制約因素

低屈強(qiáng)比油罐鋼12MnNiVR是典型的60 kg級(jí)別的調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，其主要性能：屈服強(qiáng)度≥490 MPa，抗拉強(qiáng)度610～730 MPa，伸長(zhǎng)率≥17%；-20℃夏比V型缺口沖擊（橫向，試樣尺寸10 mm×10 mm×55 mm，缺口尺寸2 mm）單個(gè)最低值≥33 J，平均值≥47 J；180°冷彎直徑為3倍板厚。

除以上指標(biāo)外，因鋼板在卷管時(shí)存在加工硬化，導(dǎo)致屈強(qiáng)比升高。用戶要求厚度18 mm及以下規(guī)格屈強(qiáng)比≤0.93，18 mm以上規(guī)格屈強(qiáng)比≤0.90，但實(shí)際生產(chǎn)中要達(dá)到低屈強(qiáng)比要求，主要存在以下制約因素：

1）低屈強(qiáng)比鋼板的組織要求為雙相組織，對(duì)軋制溫度精度要求較高。此類鋼板要求組織中軟相組織鐵素體和硬相組織貝氏體按一定比例同時(shí)存在，而開(kāi)、終軋溫度的波動(dòng)對(duì)軟、硬相組織的比例影響極大，需將開(kāi)終軋溫度控制在極小的溫度區(qū)間內(nèi)。

2）水冷工藝精度不高易使鋼板板型控制不良。鋼板冷卻區(qū)間從830～200℃，瞬時(shí)冷速達(dá)到30℃/s以上，過(guò)高的冷速導(dǎo)致鋼板內(nèi)應(yīng)力集中，鋼板在冷卻后出現(xiàn)大面積的瓢曲。

3）鋼板回火后組織控制難度大。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中回火溫度在一定溫度區(qū)間波動(dòng)，極易導(dǎo)致處熱理過(guò)程中組織變化大，無(wú)法滿足性能指標(biāo)。

3 優(yōu)化改進(jìn)措施

實(shí)際生產(chǎn)證明，鋼坯開(kāi)終軋溫度、鋼板水冷過(guò)程控制以及回火溫度精度是影響鋼板性能的重要影響因素，因此從這些方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 精確控制軋制、水冷過(guò)程參數(shù)

1）終軋溫度。薄規(guī)格鋼板與厚規(guī)格鋼板采用不同的軋制工藝及水冷工藝，18 mm以下規(guī)格采用ACC模式冷卻，而18 mm以上規(guī)格采用DQ模式冷卻。根據(jù)計(jì)算公式可以大致得出實(shí)際終軋溫度控制范圍，理論計(jì)算奧氏體完全再結(jié)晶溫度（℃）的計(jì)算公式如下：

通過(guò)計(jì)算得出鐵素體完全轉(zhuǎn)變溫度在850～870℃，實(shí)際控制終軋溫度設(shè)定在Ac3以上20～30℃，因此終軋溫度控制在870～900℃。

同時(shí)將≤18 mm規(guī)格出爐溫度較厚規(guī)格的鋼坯高20℃，調(diào)整中間坯厚度為成品厚度的4倍以上，以提高待溫時(shí)間。軋制過(guò)程采用高溫小壓下技術(shù)，最后兩道次的壓下量由原來(lái)5 mm降低至3 mm以下，降低鋼板的末道次變形量，有效改善軋后鋼板的板型平直度。

2）軋后弛豫停頓時(shí)間。低屈強(qiáng)比鋼板要求存在一定比例的鐵素體軟相組織，因此應(yīng)在開(kāi)冷前有足夠的停頓時(shí)間來(lái)保證鐵素體組織的形成。通過(guò)多次試驗(yàn)摸索，最終確定軋后弛豫停頓時(shí)控制在

表1 不同規(guī)格的12MnNiVR冷卻工藝設(shè)定

5）水冷過(guò)程中同板溫度差。①縱向溫度控制技術(shù)。鋼板在進(jìn)入水冷系統(tǒng)前縱向溫度存在差異，表現(xiàn)為頭部溫度較高，隨著進(jìn)入水冷區(qū)域時(shí)間的差異，鋼板的溫度逐漸降低。為了保證鋼板冷卻后頭尾部與中間位置溫度一致，鋼板在冷卻過(guò)程中采用微加速控制，通過(guò)一定的加速度控制，實(shí)現(xiàn)整體冷卻溫度、冷速的一致性，保證水冷后鋼板板型的平直度。②橫向溫度均勻性控制技術(shù)。邊部遮蔽可以有效防止邊部過(guò)冷情況的出現(xiàn)，應(yīng)用邊部遮蔽功能和水凸度控制進(jìn)行橫向溫度均勻控制。通過(guò)對(duì)上部集管的水凸度閥進(jìn)行水流量控制，保證不同寬度、厚度鋼板上表面的水流量近似馬鞍形，提高鋼板橫向溫度均勻性。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索和參數(shù)優(yōu)化，確定了不同厚度、寬度高強(qiáng)鋼的遮蔽值，并總結(jié)出邊部遮蔽量的遮蔽曲線，見(jiàn)圖1。通過(guò)邊部遮掩值的優(yōu)化調(diào)整，較好地改善了鋼板的邊浪現(xiàn)象。

通過(guò)以上措施，較好地解決了鋼板在線淬火后，因冷卻速率高造成的大面積瓢曲，保證了鋼板在熱矯前的平直度，極大地降低了熱矯后鋼板在冷卻過(guò)程中的再次瓢曲現(xiàn)象。

圖1 鋼板寬度與邊部遮蔽的關(guān)系

3.2 優(yōu)化回火工藝參數(shù)

對(duì)在線淬火后鋼板進(jìn)行性能檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)淬火后鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度富余量都在200 MPa以上，具體表現(xiàn)為鋼板具有較高的強(qiáng)度，但其伸長(zhǎng)率及沖擊值不高，需要通過(guò)回火處理來(lái)優(yōu)化鋼板的各項(xiàng)性能指標(biāo)。通過(guò)多次溫度及時(shí)間參數(shù)優(yōu)化，對(duì)鋼板性能情況進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)不同參數(shù)下的金相組織進(jìn)行分析，最終將熱處理工藝優(yōu)化為回火溫度在650～680℃范圍內(nèi)，保溫時(shí)間至少50 min以上。采用優(yōu)化后的回火工藝，鋼板各項(xiàng)性能及屈強(qiáng)比滿足了技術(shù)要求。圖2為23 mm規(guī)格油罐鋼在不同溫度下強(qiáng)度及屈強(qiáng)比變化。

圖2 23 mm規(guī)格12MnNiVR回火后性能

對(duì)回火工藝優(yōu)化后的23 mm規(guī)格油罐鋼取樣進(jìn)行金相分析，鋼板金相組織見(jiàn)圖3。淬火態(tài)組織中含有一定數(shù)量的條塊狀鐵素體組織，剩余大部分組織為硬相貝氏體和馬氏體組織，且鋼板的1/4處鐵素體組織明顯偏少（圖3a）；650～680℃回火后，鋼板內(nèi)貝氏體組織及馬氏體組織部分分解，組織內(nèi)鐵素體數(shù)量增多，降低了鋼板的強(qiáng)度，同時(shí)組織中殘留了一定數(shù)量的鐵素體組織，實(shí)現(xiàn)了雙相組織要求，在一定程度上降低了鋼板的屈強(qiáng)比（圖3c、d）。20～30 s，能控制鋼板水冷后軟硬相組織的比例。

圖3 鋼板淬火態(tài)及回火態(tài)的金相組織 500×

3）預(yù)矯直機(jī)最大壓下量。采用預(yù)矯直機(jī)大壓下量控制，減小軋后頭尾翹曲度。預(yù)矯直機(jī)最大壓下量隨厚度變化而不同，將壓下量由1～3 mm增加到4～8 mm，優(yōu)化了鋼板水冷前的平直度，保證水冷過(guò)程中冷卻均勻性，防止鋼板冷后出現(xiàn)嚴(yán)重翹曲。

4）終冷溫度及冷卻速度。針對(duì)薄規(guī)格鋼板淬透性較強(qiáng)的特點(diǎn)，采用ACC冷卻模式替代DQ模式，確保水冷設(shè)備4個(gè)冷卻區(qū)間的冷卻模式一致，防止冷卻過(guò)程中板型出現(xiàn)惡化。

鋼板實(shí)際組織相變?cè)?00℃左右就已結(jié)束，為了保證鋼板完全淬透，冷速設(shè)定優(yōu)化時(shí)考慮實(shí)際水量及冷卻模式，ACC模式冷速較低，需提升ACC模式下冷速；DQ模式整體冷速高，故將冷速設(shè)定整體偏低。具體優(yōu)化后終冷及冷卻速度設(shè)定見(jiàn)表1。

4 優(yōu)化改進(jìn)效果

工藝優(yōu)化后，共生產(chǎn)了低屈強(qiáng)比油罐鋼3 300余t，鋼板各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，性能合格率達(dá)到90%以上，滿足了批量生產(chǎn)條件。不同規(guī)格的鋼板性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。

表2 不同規(guī)格的12MnNiVR性能統(tǒng)計(jì)情況

該項(xiàng)目為調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)低屈強(qiáng)比鋼板工藝優(yōu)化，其成功經(jīng)驗(yàn)還可應(yīng)用于容器鋼、高強(qiáng)鋼等有低屈強(qiáng)比要求鋼種，以促進(jìn)其他低屈強(qiáng)比鋼板的生產(chǎn)。