VN微合金化高強(qiáng)度厚板的研制

1、V-N微合金化高強(qiáng)度厚板的研制楊 雄，金永春，王全禮，張功焰(首鋼技術(shù)研究院，北京 100041)摘要：進(jìn)行了V-N微合金化和V微合金化鋼對(duì)比，確認(rèn)鋼中增加N含量能有效提高V的析出強(qiáng)化與細(xì)晶強(qiáng)化能力，對(duì)鋼的各項(xiàng)性能都不會(huì)產(chǎn)生不利影響。采用V-N微合金化和控制軋制工藝試制了60 mm、70 mm厚板，產(chǎn)品性能到達(dá)了Q390E鋼的質(zhì)量要求。關(guān)鍵詞： V-N；微合金化；厚板；控制軋制0 引言隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)高強(qiáng)度厚板的需求量越來(lái)越大。傳統(tǒng)的高強(qiáng)度厚板生產(chǎn)工藝是微合金鋼軋制+軋后熱處理工藝，生產(chǎn)成本高。本研究在無(wú)軋后熱處理工序下，采用微合金化配合控軋控制軋制工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度厚板。厚板的

2、研制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了V微合金化具有許多優(yōu)點(diǎn)，也具有不足之處，其主要特點(diǎn)是V的強(qiáng)化能力不足，不能充分發(fā)揮微合金化的特點(diǎn)。通過(guò)大量的分析，發(fā)現(xiàn)V不能充分發(fā)揮強(qiáng)化作用的主要原因是V在鋼中的固溶量多、析出量少，發(fā)揮有效強(qiáng)化作用的數(shù)量少。在鋼中增加N含量后，可以大幅度減小V在鋼中的固溶量、增加析出量，充分發(fā)揮V的強(qiáng)化作用。為此首鋼在中厚板的生產(chǎn)中，采用了增加鋼中N含量，提高V的強(qiáng)化能力的技術(shù)，使V充分發(fā)揮其強(qiáng)化作用，從而保證中厚板、特別是厚規(guī)格鋼板的性能。1 V-N微合金化與V微合金化強(qiáng)化能力的比較為比較鋼中增加N含量后其強(qiáng)化效果的改變。采用了V-N微合金化和V微合金化進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)兩種微合金化的強(qiáng)化特點(diǎn)進(jìn)行

3、對(duì)比分析。1.1化學(xué)成分對(duì)比鋼的C含量控制相同，都是0.13%，V微合金化鋼的V含量為0.065%、N含量為0.0030，V-N微合金化鋼的V含量為0.064%、N含量為0.0108，其余成分都控制在GB/T 1591的要求內(nèi)。1.2試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)軋制了18 mm厚鋼板，軋制工藝采用控軋控冷。表1、表2是鋼板的強(qiáng)度、延伸率和沖擊功檢驗(yàn)結(jié)果，表明采用這兩種微合金化方式都可以生產(chǎn)出高性能的高強(qiáng)度鋼板。1.3對(duì)比分析V-N微合金化和V微合金化鋼的化學(xué)成分基本一致，特別是C含量一樣、V含量?jī)H差0.001%。從表1可以看出采用V-N微合金化的強(qiáng)度要高于V微合金化，屈度提高68 MPa、抗拉強(qiáng)度提高48 M

4、Pa。由此顯出，V-N微合金化比V微合金化有更好的強(qiáng)化能力。V-N鋼和V鋼都屬于V微合金化鋼，其差異是V-N鋼的N含量高，本研究中兩種鋼的生產(chǎn)工藝基本一致，由此可以比較兩種鋼在晶粒細(xì)化上的差別。圖1、圖2分別是V-N微合金化鋼和V微合金化鋼的金相照片。從兩張金相照片可以明顯看出，V-N鋼的晶粒要比V鋼的晶粒細(xì)，表明V-N鋼比V鋼有更好的細(xì)化晶粒作用。20m圖1VN微合金化鋼金相照片20m圖2V微合金鋼金相照片為比較兩種鋼的強(qiáng)化能力差異的內(nèi)部原因，對(duì)兩種試驗(yàn)鋼進(jìn)行了電解和X射線衍射分析，比較了V、N在鋼中的存在形式和V的析出顆粒大小。分析結(jié)果表明，這兩種鋼中的N都主要是與V結(jié)合形成V(CN)顆粒

5、析出于鋼中，鋼中固溶的N含量?jī)H為幾個(gè)ppm，并且這兩種鋼的固溶N含量基本相同。V在鋼中也主要是以固溶和V(CN)顆粒析出存在，但是這兩種鋼中的V的固溶和析出比例有較大差別。檢驗(yàn)結(jié)果表明，V鋼中V的固溶量為70.3%、析出量為29.7%，而V-N鋼中V的固溶量為58.5%、析出量為41.5%。由此可以看出，V-N鋼可以使鋼中V的固溶量減少11.8%、同時(shí)析出量增加11.8%。對(duì)析出的V(CN)顆粒采用X光小角度儀衍射測(cè)定析出物的顆粒大小，測(cè)定結(jié)果表明V鋼的析出物平均直徑為81.1nm、而V-N鋼的析出物平均直徑為69.5nm，V-N鋼的析出物平均直徑要小11.6nm。V是重要的析出強(qiáng)化元素，通過(guò)

6、分析可以看出V-N鋼的強(qiáng)化能力提高的主要原因是鋼中V的析出量增多，并且析出顆粒變細(xì)。盡管試驗(yàn)采用V-N微合金化，但鋼的總N量仍只為0.0108%。從以上的強(qiáng)度、沖擊功和時(shí)效沖擊功的比較可以看出，鋼中添加N元素后對(duì)鋼的性能不產(chǎn)生負(fù)面影響，相反增加了鋼中V的強(qiáng)化作用。鋼中游離N是引起鋼時(shí)效沖擊功下降的重要因素，從時(shí)效沖擊功的比較看，V-N鋼也不降低時(shí)效沖擊功。綜上所述，在含V鋼中，鋼中的V元素可以有效抑制鋼中適量N的負(fù)面影響，并產(chǎn)生積極作用。2V-N微合金化厚板生產(chǎn)研究2.1化學(xué)成分要求根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 1591的要求，并根據(jù)首鋼的實(shí)際情況對(duì)部分元素的成分范圍進(jìn)行嚴(yán)格控制，試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分如表3所

7、示。2.2 軋制工藝一般認(rèn)為厚板在生產(chǎn)過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)控制軋制。在首鋼的試驗(yàn)中為保證鋼板的性能仍嚴(yán)格執(zhí)行了控制軋制工藝，實(shí)行了高溫奧氏體再結(jié)晶軋制和低溫軋制的兩階段控軋。在軋制過(guò)程注意增加道次壓下量，在軋后采用了較弱程度的控制冷卻。試驗(yàn)工藝如表4所示。2.3力學(xué)性能對(duì)試驗(yàn)的60mm和70mm厚板進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)取樣位置的力學(xué)檢驗(yàn)，表5是力學(xué)性能和系列沖擊檢驗(yàn)結(jié)果。從表5可以看出，盡管鋼板較厚、軋制道次較少，但屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率都滿足了Q390E的質(zhì)量要求。厚板的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)部位為鋼板厚度的1/4處，但該處性能并不能代表鋼板的全部性能，鋼板性能的最差處在鋼板的芯部。為此對(duì)60mm、70mm厚板的芯部

8、也進(jìn)行了強(qiáng)度和沖擊檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果同時(shí)列入表5中。從表5的檢驗(yàn)結(jié)果看，采用V-N微合金化的厚板的芯部強(qiáng)度也是最低，但差值不大，盡管隨著厚度的增加，芯部性能降低得要多一些，全部檢驗(yàn)結(jié)果仍滿足了Q390E的要求。從表5的心部沖擊檢驗(yàn)結(jié)果分析，盡管芯部的沖擊功有所降低，但芯部的沖擊功也仍然滿足了Q390E的要求，并有一定的富裕度。對(duì)60mm和70mm厚板的芯部、1/4處和表層都進(jìn)行了金相分析。鋼板在所有部位的組織均為鐵素體珠光體，控制冷卻沒有引起鋼板的組織變化、表層無(wú)過(guò)冷組織，鋼板的芯部與表層的晶粒度都達(dá)到了8.5級(jí)。對(duì)兩規(guī)格鋼板都進(jìn)行了Z向試驗(yàn)。60mm厚板的Z向面縮率在50.5%66.5%之間，平均面縮率為59.5%。70mm厚板的Z向面縮率在54.5%58.0%之間，平均面縮率為56.0%。很好地滿足了鋼板的抗層狀撕裂要求（Z向要求）。3結(jié)論（1）V微合金化鋼中增加N含量可以使V更好地發(fā)揮強(qiáng)化效果。對(duì)比試驗(yàn)表明，V-N微合金化可以在橫向上提高鋼的屈服強(qiáng)度68 MPa、抗拉強(qiáng)度48 MPa。（2）采用V-N微合金化的細(xì)化晶粒效果明顯強(qiáng)于V微合金化的效果。在厚板生產(chǎn)中可以使芯部晶粒達(dá)到8.5級(jí)。