JFE開(kāi)發(fā)550和610Mpa高強(qiáng)度鋼板新工藝

1、由碳化物形態(tài)控制技術(shù)生產(chǎn)的罐槽、壓力容器用具有極好韌性的550和610Mpa高強(qiáng)度鋼板摘要：JFE已開(kāi)發(fā)了550和610Mpa高強(qiáng)度鋼板，應(yīng)用了最新在線(xiàn)熱處理技術(shù)，具有極好的韌性和焊接性。鋼板的超級(jí)性能和焊接性在于采用了以下技術(shù)：微合金技術(shù)；直接淬火和在線(xiàn)回火工藝；采用超級(jí)OLAC（在線(xiàn)加速冷卻）和HOP（熱處理在線(xiàn)工藝）；并且低C，低開(kāi)裂參數(shù)值（PCM），不需B添加劑。特別是利用在線(xiàn)HOP回火工藝快速加熱和回火，提高了韌性及熱處理高性能鋼板產(chǎn)量。對(duì)許多鋼廠具有實(shí)際意義。1.介紹各種鋼板應(yīng)用于能源工廠設(shè)備的建造，如能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，化工廠和發(fā)電設(shè)備。近來(lái)隨著這些工廠的擴(kuò)大，日益嚴(yán)峻的操作和服務(wù)條件

2、，更加高效經(jīng)濟(jì)的建造方式，要求用于這些工廠的材料強(qiáng)度更高，韌性更大，并且更易于焊接。隨著近年來(lái)全球范圍內(nèi)大量的能源消耗和能源工廠建設(shè)，對(duì)高性能鋼材和縮短建造工期的要求也在上升。為了滿(mǎn)足這些要求，JFE鋼廠開(kāi)發(fā)了一系列高性能550和610Mpa高強(qiáng)度鋼板（JFE-HITEN 610U2，ASTM A 841 Gr.B C1.2等）,具有極好焊接性能,用于水力發(fā)電廠內(nèi)各種容器管道的建造。這些鋼種的開(kāi)發(fā)利用了JFE最新的鋼生產(chǎn)技術(shù),包括一種具有高速冷卻和均勻冷卻能力的加速冷卻裝置,JFE鋼廠的超級(jí)-OLAC和HOP,一種加速冷卻后感應(yīng)型在線(xiàn)熱處理技術(shù)。這些鋼的生產(chǎn)技術(shù)核心是綜合了微合金技術(shù)和JFE為

3、生產(chǎn)商提供的最新技術(shù)。這此技術(shù)使得以下生產(chǎn)成為可能：在軋制線(xiàn)上淬火和回火，提高生產(chǎn)率；利用HOP快速加熱和回火來(lái)控制微觀結(jié)構(gòu)和碳化物的細(xì)化和彌散，改善鋼的性能。本文介紹了通過(guò)鋼板在線(xiàn)熱處理工藝采用碳化物的細(xì)化和彌散技術(shù)生產(chǎn)的550和610Mpa高強(qiáng)度鋼板的特點(diǎn)和性能。2. JFE在線(xiàn)熱處理技術(shù)鋼板淬火和回火熱處理至今一直在離線(xiàn)的大氣爐中進(jìn)行。生產(chǎn)商希望能開(kāi)發(fā)出一種在線(xiàn)熱處理技術(shù)以供使用。基于（TMCP）熱機(jī)械控制技術(shù)，控制軋制和控制冷卻的研究和開(kāi)發(fā)有了進(jìn)展。一種軋后直接淬火（DQ）方法開(kāi)發(fā)了出來(lái)，并且高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)商都廣泛應(yīng)用一種直接淬火和回火工藝（DQ-T）。550和610Mpa級(jí)及更高級(jí)更

4、高強(qiáng)度鋼通過(guò)采用DQ技術(shù)，提高淬性，增加強(qiáng)度。從而降低碳含量和PCM值，提高焊接性和焊接接頭性能。直接淬火在軋制線(xiàn)上的一個(gè)加速冷卻裝置內(nèi)進(jìn)行。1980年JFE鋼廠成為世界上第一個(gè)開(kāi)發(fā)應(yīng)用在線(xiàn)加速冷卻設(shè)備的工廠。十幾年后該公司開(kāi)發(fā)了一種在線(xiàn)加速冷卻裝置，SUPER-OLAC，其高速冷卻能力幾乎達(dá)到理論限值，并能夠均勻冷卻。1998年JFE工廠開(kāi)始使用SUPER-OLAC?；鼗鸱矫?，JFE開(kāi)發(fā)了HOP，采用一感應(yīng)加熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)回火。從2004年以來(lái)該技術(shù)已得到全面應(yīng)用。SUPER-OLAC和HOP的綜合使用實(shí)現(xiàn)了鋼板全面在線(xiàn)淬火和回火處理，并且提高了生產(chǎn)率和鋼板性能。這是煉鋼生產(chǎn)史上的一個(gè)了不起

5、的創(chuàng)舉。圖1給出了淬火和回火工藝的開(kāi)發(fā)過(guò)程，圖2給出了使用SUPER-OLAC和HOP的Fukuyama鋼板廠的布局。 圖1 熱處理技術(shù)的開(kāi)發(fā) 圖2 日本西部工廠（Fukuyama）在線(xiàn)熱處理布置圖3.利用快速加熱和回火來(lái)細(xì)化和彌散碳化物技術(shù)3.1用回火來(lái)細(xì)化和彌散滲碳體技術(shù)對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)主要為馬氏體的中高碳鋼，如機(jī)械建造用鋼，回火時(shí)增加加熱速度可均勻細(xì)化滲碳體的彌散。對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)主要為貝氏體或馬氏體和貝氏體混合結(jié)構(gòu)的低碳鋼，通過(guò)快速加熱，滲碳體的細(xì)化和彌散的有關(guān)機(jī)制還尚未有定論。這類(lèi)研究詳細(xì)探討了加熱速度和加熱過(guò)程對(duì)碳代物析出行為產(chǎn)生的影響。用具有混合馬氏體和貝氏體微觀結(jié)構(gòu)的780Mpa低碳鋼

6、進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。 圖3 通過(guò)快速加熱和回火細(xì)化滲碳體均勻彌散 圖4加熱過(guò)程中滲碳體析出行為當(dāng)加熱速度從0.3/s以與爐內(nèi)回火相等的速度增加到3/s以上時(shí),滲碳體可被細(xì)化和彌散。在大氣爐內(nèi)回火后的鋼中，相對(duì)粗的滲碳體在板條邊界析出。在快速加熱和回火后的鋼中，大量的滲碳體在板條邊界內(nèi)形成，并且形成的滲碳體是均勻細(xì)化和彌散的。在加熱大氣爐內(nèi)回火后的鋼時(shí)，滲碳體析出并主要在板條邊界生長(zhǎng)?？焖倩鼗饡r(shí)，在低溫區(qū)域，滲碳體主要在板條邊界析出，隨著加熱溫度升高，細(xì)小的滲碳體析出，產(chǎn)生均勻的細(xì)化和彌散。圖5給出了加熱速度對(duì)滲碳體析出行為的影響。在加熱過(guò)程的低溫階段，滲碳體開(kāi)始優(yōu)先主要在板條邊界

7、析出。加熱速度低時(shí)，板條邊界滲碳體生長(zhǎng)，順著板條邊界形成粗粒組織。加熱速度高時(shí)，溫度上升很快，滲碳體來(lái)不及順著板條邊界生長(zhǎng)，不能再進(jìn)行錯(cuò)位的恢復(fù)。利用板條邊界內(nèi)的錯(cuò)位作為核晶點(diǎn)，通過(guò)滲碳體析出得到均勻的細(xì)化滲碳體。 圖5 通過(guò)快速加熱和回火細(xì)化滲碳體均勻彌散機(jī)制作者得出滲碳體細(xì)化和彌散中的三個(gè)關(guān)鍵因素：阻止大量錯(cuò)位成為析出點(diǎn)的機(jī)制；達(dá)到允許碳原子在板條內(nèi)彌散的溫度的機(jī)制；控制滲碳體在板條邊界生長(zhǎng)以確保板條內(nèi)最大數(shù)量固體溶解碳的機(jī)制。特別重要的是兩個(gè)溫度的快速上升：滲碳體開(kāi)始從板條邊界析出時(shí)的溫度；滲碳體開(kāi)始在板條內(nèi)析出時(shí)的溫度。已經(jīng)研究了合金元素對(duì)滲碳體的析出和生長(zhǎng)過(guò)程的影響，并且通過(guò)HOP，

8、已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了控制加熱速度、合金設(shè)計(jì)和加熱過(guò)程的合理的回火工藝。使生產(chǎn)具有均勻細(xì)化和彌散滲碳體的高強(qiáng)度鋼板成為可能。32快速加熱和回火對(duì)高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度和韌性的影響在大氣爐回火后的780 Mpa鋼板的強(qiáng)度和韌性與快速加熱和回火后的780 Mpa鋼板的強(qiáng)度與韌性用一個(gè)回火參數(shù)來(lái)重新設(shè)定，此參數(shù)通過(guò)參考回火時(shí)加熱工藝和冷卻工藝來(lái)設(shè)定。結(jié)果見(jiàn)圖6。T：溫度（K），t:時(shí)間（h）,C:常數(shù)圖6 780Mpa鋼機(jī)械性能與回火參數(shù)之間的關(guān)系鋼板強(qiáng)度可用T.P.明確地重新設(shè)定，不用考慮加熱速度。韌性則不能單用T.P.重設(shè)，還與加熱速度有關(guān)。由于快速加熱和回火，通過(guò)滲碳體的均勻細(xì)化和彌散得到高度韌性。4罐槽、壓力

9、容器用550和610Mpa高強(qiáng)度鋼板的開(kāi)發(fā)原理41所采用的技術(shù)規(guī)范和熱處理技術(shù)用于罐槽、壓力容器時(shí)，新開(kāi)發(fā)的鋼板中，610Mpa鋼板的標(biāo)準(zhǔn)參照SPV490 JIS G3115 壓力容器用鋼板，550Mpa鋼板的標(biāo)準(zhǔn)參照ASTM 標(biāo)準(zhǔn)A841 Gr.B CI.2。回火方面，兩個(gè)鋼種都可采用SUPER-OLAC直接淬火和HOP快速在線(xiàn)回火。42通過(guò)在線(xiàn)熱處理進(jìn)行合金設(shè)計(jì)和微觀結(jié)構(gòu)控制原理具有超極韌性的550和610Mpa高強(qiáng)度鋼板具有以下特點(diǎn)，以熱處理在線(xiàn)技術(shù)為前提條件：（1）減少碳含量，減少開(kāi)裂參數(shù)值，無(wú)需添加B。從焊接角度來(lái)看，這些鋼的化學(xué)成份的特點(diǎn)是碳含量不超過(guò)0.09%,低開(kāi)裂參數(shù)值，不超

10、過(guò)0.20%,無(wú)需添加B 。通過(guò)應(yīng)用加快速冷卻SUPER-OLAC，使這些條件得以實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)鋼相比（RQ-T型 JIS SPV490鋼，ASTM A 537-2鋼），新開(kāi)發(fā)的鋼種在更低的預(yù)熱熱溫度下生產(chǎn)（圖7），具有更低的焊接硬度（圖8），良好的焊接接頭性能。（2）優(yōu)化微合金元素應(yīng)用SUPER-OLAC和HOP進(jìn)行直接淬火和在線(xiàn)快速加熱和回火技術(shù)時(shí)，在回火過(guò)程中通過(guò)形變加強(qiáng)和細(xì)化析出加強(qiáng)或用其它方式如微合金元素來(lái)控制碳氮化合物的微觀結(jié)構(gòu)和析出，其結(jié)果是實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與韌性之間很好的平衡。 （3）通過(guò)HOP快速加熱，細(xì)化和彌散碳化物使用HOP進(jìn)行快速加熱和回火，滲碳化的細(xì)化和彌散實(shí)現(xiàn)了高韌性（圖9

11、），完全在線(xiàn)熱處理提高了生產(chǎn)率。 圖7預(yù)熱溫度降低，抑制C和PCM以防焊接開(kāi)裂圖8 抑制C含量和PCM ，提高HAZ硬度分布（4）熱影響區(qū)（HAZ）的微觀結(jié)構(gòu)控制確保焊接韌性的合金設(shè)計(jì)取決于微合金元素的優(yōu)化應(yīng)用，降低碳含量，限制PCM，消除添加B以減少硬度。對(duì)于JFE-HITEN610E，大型油罐用鋼板，經(jīng)高效、大供熱電氣電弧焊（EGW）處理后，合金設(shè)計(jì)滿(mǎn)足大供熱焊接時(shí)所要求的焊接接頭強(qiáng)度和HAZ韌性。對(duì)于HAZ韌性，合金設(shè)計(jì)避免上貝氏體微觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)抑制馬氏體-奧氏體成份的形成得到高韌性。5開(kāi)發(fā)鋼種的性能51基體金屬性能新開(kāi)發(fā)鋼種的化學(xué)成分見(jiàn)表1。在所有新鋼種中，控制碳含量不超過(guò)0.09%,

12、開(kāi)裂參數(shù)值不超過(guò)0.20%。表2至表4列出了A841 Gr.B CI.2鋼板的基體金屬性能 和 經(jīng)DQ-HOP處理的JFE-HITEN610U2 和610E鋼板的基體金屬性能。強(qiáng)度和低溫韌性滿(mǎn)足A841 Gr.B CI.2和SPV490技術(shù)規(guī)范。 表1 開(kāi)發(fā)鋼的化學(xué)成分 圖9 JFE-HITEN610U2 快速加熱和回火提高滲碳體細(xì)化和韌性表2 A841 Gr.B CI.2的機(jī)械性能 表3 JFE-HITEN610U2的機(jī)械性能表4 JFE-HITEN610E的機(jī)械性能52焊接接頭性能作為新鋼種的焊接接頭性能的例子，表5和表6列出了用焊條電弧焊（SMAW）方法焊接的經(jīng)DQ-HOP處理的JFE-HITEN610U2接頭性能，用電氣電弧焊（EGW）方法焊接的經(jīng)DQ-HOP處理的JFE-HITEN610E接頭性能。這些接頭的強(qiáng)度和焊接韌性數(shù)值滿(mǎn)足對(duì)這兩種鋼基體金屬的技術(shù)規(guī)范要求。因此，兩種鋼都具有極好的焊接接頭性能。表5 JFE-HITEN610U2的SMAW焊接接頭的機(jī)械性能表6 JFE-HITEN610E的EGW焊接接頭的機(jī)械性能6結(jié)論本文介