秦 亞,席靜靜
(江蘇沙鋼集團有限公司,江蘇 張家港 215625)
正火Q345E低合金鋼主要用于服役條件惡劣、安全性要求高的工程結(jié)構(gòu),生產(chǎn)難度較高,尤其是80 mm以上厚板的-40℃沖擊韌性較難保證。通過對沖擊不合鋼板的組織進行分析,發(fā)現(xiàn)組織類型、晶粒尺寸、帶狀組織和珠光體特征等組織參數(shù)對沖擊韌性有較大的影響,而這些組織參數(shù)又與軋制工藝和正火工藝的設(shè)計和控制有關(guān)[1-3]。因此,研究了軋制及熱處理工藝對厚規(guī)格Q345E力學(xué)性能的影響,確定最優(yōu)的軋制及熱處理工藝,改善試驗鋼低溫沖擊韌性。
試驗材料為鋼板總廠采用K50EZHH1連鑄坯軋制的鋼板。其成分見表1。
表1 試驗鋼的化學(xué)成分(wt.%) 單位:質(zhì)量分數(shù),%
將連鑄坯在試驗軋機上進行軋制,成品厚度為80 mm,軋制工藝及編號見表2。
表2 實驗室軋制及熱處理工藝
1#~5#試驗鋼為兩階段軋制,6#、7#為常規(guī)軋制,不同工藝下鋼板軋態(tài)的力學(xué)性能見表3。由表3可知,兩階段軋制時,采用軋后空冷工藝的5#試驗鋼沖擊韌性最好,降低終軋溫度、降低終冷溫度,增加待溫厚度,沖擊韌性變差,對強度的影響相反。常規(guī)軋制沖擊韌性最差,水冷后強度增加,沖擊韌性仍較低。
不同軋制工藝下的軋態(tài)鋼板的金相組織如圖1所示,軋態(tài)組織和晶粒尺寸差別明顯。由1#、2#、3#、5#可以看出,兩階段軋制的終軋、終冷溫度較高時,組織為鐵素體和珠光體,晶粒粗大;終冷降低,晶粒變細,組織中出現(xiàn)貝氏體;降低終軋,晶粒細化。在兩階段軋制時,降低終軋和終冷溫度能細化晶粒。由6#、7#的軋態(tài)組織可以看出,常規(guī)軋制晶粒尺寸明顯增加。
圖1 不同軋制工藝下的軋態(tài)組織
正火后的力學(xué)性能見表4,常規(guī)軋制鋼板沖擊韌性相同,比兩階段軋制沖擊韌性差,強度低,軋后冷卻方式對性能影響較小。兩階段軋制條件下,終軋溫度降低或者待溫厚度增加,沖擊韌性稍有降低,強度有所增加。相同軋制溫度,軋后是否控冷對性能影響很小。
表4 試驗鋼正火后的力學(xué)性能
不同軋制工藝下正火后的金相組織如圖2所示。采用兩階段軋制,正火后晶粒尺寸細??;常規(guī)軋制鋼板正火后晶粒尺寸大,晶界處存在較多條狀分布的碳化物。
圖2 不同軋制工藝鋼板正火后的金相組織
由以上分析可知,軋制工藝對鋼板的強度和韌性有一定的影響,軋后控冷工藝對鋼板性能影響較小,兩階段軋制鋼板強度和韌性優(yōu)于常規(guī)軋制。
對鋼板總廠軋制的軋態(tài)鋼板,進行880℃正火,不同正火保溫時間及力學(xué)性能見表5。隨著正火時間的延長,強度先增加后降低,沖擊韌性先增加后保持穩(wěn)定。當(dāng)正火時間達到2 h時,鋼板強韌性匹配較好,正火時間繼續(xù)延長,沖擊韌性變化不大,強度降低。
表5 現(xiàn)場軋態(tài)鋼板不同正火熱處理時間下的力學(xué)性能
不同正火保溫時間下的金相組織如圖3所示。鋼板軋態(tài)晶粒組織粗大,正火時間較短時,合金元素擴散不充分,保留了部分的軋態(tài)組織形貌。隨著正火時間的延長,組織開始細化。當(dāng)正火時間達到3.5 h時,珠光體團大小不一,出現(xiàn)較多的條狀滲碳體組織。
圖3 現(xiàn)場軋態(tài)鋼板不同正火熱處理時間的金相組織
根據(jù)以上試驗結(jié)果,提出以下改進方案。(1)改善軋鋼工藝:保證鋼板的兩階段軋制,終軋溫度對性能影響較小,可以適當(dāng)提高終軋溫度,提高軋機生產(chǎn)效率,軋后控冷對正火后性能影響不大,但對板型有一定的影響[4],可以適當(dāng)放寬。(2)優(yōu)化熱處理工藝:保證正火加熱時間,優(yōu)化前后的生產(chǎn)工藝見表6和表7。
表6 優(yōu)化前后的軋制工藝對比
表7 優(yōu)化后的正火工藝對比
根據(jù)優(yōu)化后軋制及熱處理工藝生產(chǎn)出鋼板的金相組織如圖4所示,組織為鐵素體和珠光體,晶粒較細,珠光體團較小,帶狀組織不明顯。
圖4 工藝優(yōu)化后Q345E鋼板金相組織
工藝優(yōu)化后共400余噸規(guī)格為117~125mm厚的正火Q345E鋼板,其沖擊韌性結(jié)果如圖5所示,平均值為179J。結(jié)果表明,該工藝生產(chǎn)的Q345E鋼板沖擊性能優(yōu)異,穩(wěn)定性明顯提高,一次合格率達到100%,工藝優(yōu)化達到預(yù)期效果。
圖5 現(xiàn)場生產(chǎn)Q345E沖擊韌性分布圖
(1)軋制工藝對鋼板的強度和韌性有一定的影響,軋后控冷工藝對鋼板性能影響較小,兩階段軋制鋼板強度和韌性優(yōu)于常規(guī)軋制。
(2)正火保溫時間較短時,合金元素擴散不充分,保留了部分的軋態(tài)組織形貌,使得鋼板的韌性較差,隨著正火時間的延長,組織開始細化,韌性提高,當(dāng)正火時間達到3.5h時,珠光體團大小不一,出現(xiàn)較多的條狀滲碳體組織后,韌性又有所下降。
(3)通過優(yōu)化軋鋼工藝及熱處理工藝,保證鋼板的兩階段軋制,保證正火加熱時間,可以大幅改善厚規(guī)格正火Q345E鋼板的沖擊韌性,該結(jié)果也可以應(yīng)用于其他類似正火鋼種的生產(chǎn)。