AH60為安鋼自主研發(fā)的鐵素體珠光體型合金高強鋼,年產(chǎn)量在20萬噸左右。在3500 mm爐卷軋機和2800 mm中板軋機上軋制生產(chǎn),采取嚴格的控軋控冷工藝以及合理的化學成分設計,添加一定量Nb,V微合金元素,確保了AH60鋼的強度和沖擊韌性等各項性能,強度分析級別達到Q460級。但在2013年,尤其是夏季,薄規(guī)格產(chǎn)品的屈服強度出現(xiàn)波動,部分批次鋼板的屈服強度富余量較低甚至不合格。經(jīng)過分析,發(fā)現(xiàn)化學成分和控軋控冷工藝在生產(chǎn)中發(fā)生波動,導致鋼板屈服強度性能不合格,因此迫切需要穩(wěn)定薄規(guī)格AH60鋼板的生產(chǎn)工藝,保證屈服強度性能合格,增強安鋼保障該鋼種綜合性能的能力。
1.AH60鋼板屈服強度偏低原因分析
經(jīng)調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)影響AH60鋼板屈服強度的因素主要有化學成分、軋制工藝和冷卻工藝。
1.1.化學成分
AH60鋼板采用Nb,V微合金化的成分設計以及控軋控冷工藝生產(chǎn),其化學成分見表。Nb,V微合金化對提高強度的作用非常大,添加適量的Nb元素可以抑制奧氏體再結晶,擴大鋼板在奧氏體未再結晶區(qū)軋制的溫度范圍,V元素起沉淀強化和細晶強化作用,可以大幅度提高鋼板的強度指標,因此,更好地發(fā)揮Nb,V微合金化的強化作用是保證強度的關鍵。本次成分體系設計中對N含量沒有規(guī)定,而相關文獻表明,N含量對含V鋼中V的強化效果有3個方面的重要影響:
(1) VN在奧氏體和鐵素體中的溶解度比VC幾乎低2個數(shù)量級,使得VN較VC更容易析出,起到析出強化作用;
(2) 增加N含量能夠提高VN的析出溫度,并增強其析出驅(qū)動力,使得VN在軋制過程中更容易析出,起到抑制奧氏體再結晶、阻止晶粒長大以及細化鐵素體的作用;
(3) 提高N含量可以擴大V析出比例,且能夠細化析出相粒子尺寸,而加大析出相粒子比例和細化其尺寸都能提高強度,取得更好的析出強化效果。
通過對多批次AH60鋼板性能和化學成分進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,繪制出性能與N含量關系曲線,如圖所示。由圖中可見,AH60鋼板的屈服強度與N含量存在一定的線性關系,隨著N含量增加,屈服強度有所提高,若N含量由60 x 10-6提高到100 x 10-6,屈服強度的升幅接近20 MPa。而在本次化學成分體系設計中沒有對N含量加以控制,當N含量不足時就削弱了V微合金化的強化效果,這是造成屈服強度偏低的原因之一。
1.2.軋制工藝
AH60鋼板采用再結晶區(qū)和未再結晶區(qū)兩階段控制軋制工藝生產(chǎn)。板坯開軋溫度為1060℃左右,再結晶區(qū)軋制溫度控制在1000℃以上,通過軋制的反復結晶,充分細化奧氏體組織。再結晶區(qū)軋制完成后,中間坯空冷待溫。未再結晶區(qū)軋制溫度(即二次開軋溫度)在950℃以下,未再結晶區(qū)累積變形量大于50%。終軋溫度設定在850℃以下。終軋溫度較高時,則奧氏體在高溫下容易回復,儲存能降低,相變驅(qū)動力減小,使得相變后鐵素體晶粒粗大化,終軋溫度較低時,要盡可能低到接近Ar:相變溫度,使軋制過程產(chǎn)生的變形帶、位錯和晶粒壓扁保持至相變以后,相變后的晶粒得以細化。因此AH60鋼板的軋制工藝仍有進一步優(yōu)化的空間,可適當降低未再結晶區(qū)開軋溫度和終軋溫度,以達到細晶強化的目的。
1.3.冷卻工藝
由于AH60為Q460級鋼,強度級別較高,相對低合金系列鋼種,其合金添加量較大,在冷卻過程中極易出現(xiàn)板型和綜合性能問題。若層流冷卻上、下水比控制不當,會導致上、下表面組織不一致,鋼板存在的組織應力和變形應力會使板型出現(xiàn)異常,若冷卻速度過大,鋼板中就會產(chǎn)生過多貝氏體組織或其他硬相組織,使鋼板韌性惡化。因此,合適的冷卻工藝對于保證鋼板板型和綜合性能至關重要。
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