JFE開發(fā)550和610Mpa高強度鋼板新工藝

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高強度鋼板摘要：JFE已開發(fā)了550和610Mpa高強度鋼板，應用了最新在線熱處理技術(shù)，具有極好的韌性和焊接性。鋼板的超級性能和焊接性在于采用了以下技術(shù)：微合金技術(shù)；直接淬火和在線回火工藝；采用超級OLAC（在線加速冷卻）和HOP（熱處理在線工藝）；并且低C，低開裂參數(shù)值（PCM），不需B添加劑。特別是利用在線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。對許多鋼廠具有實際意義。1.介紹各種鋼板應用于能源工廠設(shè)備的建造，如能量儲存設(shè)備，化工廠和發(fā)電設(shè)備。近來隨著這些工廠的擴大，日益嚴峻的操作和服務條件

2、，更加高效經(jīng)濟的建造方式，要求用于這些工廠的材料強度更高，韌性更大，并且更易于焊接。隨著近年來全球范圍內(nèi)大量的能源消耗和能源工廠建設(shè)，對高性能鋼材和縮短建造工期的要求也在上升。為了滿足這些要求，JFE鋼廠開發(fā)了一系列高性能550和610Mpa高強度鋼板（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-OLAC和HOP,一種加速冷卻后感應型在線熱處理技術(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：在軋制線上淬火和回火，提高生產(chǎn)率；利用HOP快速加熱和回火來控制微觀結(jié)構(gòu)和碳化物的細化和彌散，改善鋼的性能。本文介紹了通過鋼板在線熱處理工藝采用碳化物的細化和彌散技術(shù)生產(chǎn)的550和610Mpa高強度鋼板的特點和性能。2. JFE在線熱處理技術(shù)鋼板淬火和回火熱處理至今一直在離線的大氣爐中進行。生產(chǎn)商希望能開發(fā)出一種在線熱處理技術(shù)以供使用。基于（TMCP）熱機械控制技術(shù)，控制軋制和控制冷卻的研究和開發(fā)有了進展。一種軋后直接淬火（DQ）方法開發(fā)了出來，并且高強度鋼板生產(chǎn)商都廣泛應用一種直接淬火和回火工藝（DQ-T）。550和610Mpa級及更高級更

4、高強度鋼通過采用DQ技術(shù)，提高淬性，增加強度。從而降低碳含量和PCM值，提高焊接性和焊接接頭性能。直接淬火在軋制線上的一個加速冷卻裝置內(nèi)進行。1980年JFE鋼廠成為世界上第一個開發(fā)應用在線加速冷卻設(shè)備的工廠。十幾年后該公司開發(fā)了一種在線加速冷卻裝置，SUPER-OLAC，其高速冷卻能力幾乎達到理論限值，并能夠均勻冷卻。1998年JFE工廠開始使用SUPER-OLAC。回火方面，JFE開發(fā)了HOP，采用一感應加熱系統(tǒng)實現(xiàn)在線回火。從2004年以來該技術(shù)已得到全面應用。SUPER-OLAC和HOP的綜合使用實現(xiàn)了鋼板全面在線淬火和回火處理，并且提高了生產(chǎn)率和鋼板性能。這是煉鋼生產(chǎn)史上的一個了不起

5、的創(chuàng)舉。圖1給出了淬火和回火工藝的開發(fā)過程，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)的開發(fā) 圖2 日本西部工廠（Fukuyama）在線熱處理布置圖3.利用快速加熱和回火來細化和彌散碳化物技術(shù)3.1用回火來細化和彌散滲碳體技術(shù)對于微觀結(jié)構(gòu)主要為馬氏體的中高碳鋼，如機械建造用鋼，回火時增加加熱速度可均勻細化滲碳體的彌散。對于微觀結(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，通過快速加熱，滲碳體的細化和彌散的有關(guān)機制還尚未有定論。這類研究詳細探討了加熱速度和加熱過程對碳代物析出行為產(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、進行了實驗，試驗結(jié)果見圖3和圖4。 圖3 通過快速加熱和回火細化滲碳體均勻彌散 圖4加熱過程中滲碳體析出行為當加熱速度從0.3/s以與爐內(nèi)回火相等的速度增加到3/s以上時,滲碳體可被細化和彌散。在大氣爐內(nèi)回火后的鋼中，相對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化和彌散的。在加熱大氣爐內(nèi)回火后的鋼時，滲碳體析出并主要在板條邊界生長?？焖倩鼗饡r，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，細小的滲碳體析出，產(chǎn)生均勻的細化和彌散。圖5給出了加熱速度對滲碳體析出行為的影響。在加熱過程的低溫階段，滲碳體開始優(yōu)先主要在板條邊界

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

8、已經(jīng)實現(xiàn)了控制加熱速度、合金設(shè)計和加熱過程的合理的回火工藝。使生產(chǎn)具有均勻細化和彌散滲碳體的高強度鋼板成為可能。32快速加熱和回火對高強度鋼板的強度和韌性的影響在大氣爐回火后的780 Mpa鋼板的強度和韌性與快速加熱和回火后的780 Mpa鋼板的強度與韌性用一個回火參數(shù)來重新設(shè)定，此參數(shù)通過參考回火時加熱工藝和冷卻工藝來設(shè)定。結(jié)果見圖6。T：溫度（K），t:時間（h）,C:常數(shù)圖6 780Mpa鋼機械性能與回火參數(shù)之間的關(guān)系鋼板強度可用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，通過滲碳體的均勻細化和彌散得到高度韌性。4罐槽、壓力

9、容器用550和610Mpa高強度鋼板的開發(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，新開發(fā)的鋼板中，610Mpa鋼板的標準參照SPV490 JIS G3115 壓力容器用鋼板，550Mpa鋼板的標準參照ASTM 標準A841 Gr.B CI.2?；鼗鸱矫妫瑑蓚€鋼種都可采用SUPER-OLAC直接淬火和HOP快速在線回火。42通過在線熱處理進行合金設(shè)計和微觀結(jié)構(gòu)控制原理具有超極韌性的550和610Mpa高強度鋼板具有以下特點，以熱處理在線技術(shù)為前提條件：（1）減少碳含量，減少開裂參數(shù)值，無需添加B。從焊接角度來看，這些鋼的化學成份的特點是碳含量不超過0.09%,低開裂參數(shù)值，不超

10、過0.20%,無需添加B 。通過應用加快速冷卻SUPER-OLAC，使這些條件得以實現(xiàn)。與傳統(tǒng)鋼相比（RQ-T型 JIS SPV490鋼，ASTM A 537-2鋼），新開發(fā)的鋼種在更低的預熱熱溫度下生產(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)化微合金元素應用SUPER-OLAC和HOP進行直接淬火和在線快速加熱和回火技術(shù)時，在回火過程中通過形變加強和細化析出加強或用其它方式如微合金元素來控制碳氮化合物的微觀結(jié)構(gòu)和析出，其結(jié)果是實現(xiàn)了強度與韌性之間很好的平衡。 （3）通過HOP快速加熱，細化和彌散碳化物使用HOP進行快速加熱和回火，滲碳化的細化和彌散實現(xiàn)了高韌性（圖9

11、），完全在線熱處理提高了生產(chǎn)率。 圖7預熱溫度降低，抑制C和PCM以防焊接開裂圖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)計取決于微合金元素的優(yōu)化應用，降低碳含量，限制PCM，消除添加B以減少硬度。對于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)計滿足大供熱焊接時所要求的焊接接頭強度和HAZ韌性。對于HAZ韌性，合金設(shè)計避免上貝氏體微觀結(jié)構(gòu)，通過抑制馬氏體-奧氏體成份的形成得到高韌性。5開發(fā)鋼種的性能51基體金屬性能新開發(fā)鋼種的化學成分見表1。在所有新鋼種中，控制碳含量不超過0.09%,

12、開裂參數(shù)值不超過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。強度和低溫韌性滿足A841 Gr.B CI.2和SPV490技術(shù)規(guī)范。 表1 開發(fā)鋼的化學成分 圖9 JFE-HITEN610U2 快速加熱和回火提高滲碳體細化和韌性表2 A841 Gr.B CI.2的機械性能 表3 JFE-HITEN610U2的機械性能表4 JFE-HITEN610E的機械性能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。這些接頭的強度和焊接韌性數(shù)值滿足對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焊接接頭的機械性能表6 JFE-HITEN610E的EGW焊接接頭的機械性能6結(jié)論本文介