yj正火可焊接細(xì)晶粒S420NL結(jié)構(gòu)鋼的開發(fā)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。yj正火可焊接細(xì)晶粒S420NL結(jié)構(gòu)鋼的開發(fā)yj正火可焊接細(xì)晶粒S420NL結(jié)構(gòu)鋼的開發(fā)正火可焊接細(xì)晶粒S420NL結(jié)構(gòu)鋼的開發(fā)正火可焊接細(xì)晶粒S420NL結(jié)構(gòu)鋼的開發(fā)吳斌王彥鋒顧林豪何元春(技術(shù)研究院)(秦皇島首秦金屬材料有限公司)摘要采用控軋+正火工藝在首秦公司4300mm寬厚板生產(chǎn)線成功開發(fā)了符合歐標(biāo)的正火可焊接細(xì)晶粒S420NL結(jié)構(gòu)鋼.S420NL結(jié)構(gòu)鋼采用鈮,釩和鈦復(fù)合處理,試制鋼板正火后屈服強度高于410MPa,抗拉強度高于550MPa,一50低溫橫向和縱向沖擊功均大于140J.試制的S42

2、0NL結(jié)構(gòu)鋼鋼板成分沒計和工藝路線合理,性能優(yōu)良.關(guān)鍵詞控軋正火結(jié)構(gòu)鋼TheDevelopmentofNormalizedWeldableStructuralSteelS420NLwithRefinedGrainWUBinWANGYanfengGULinhaoHEYuanchun(TheResearchInstituteofTechnology)(QinhuangdaoShouqinMetalMaterialsCo.,Ltd.)AbstractTheweldablefinegrainedstructuralsteelS420NLcompliancewithEuropeanstandardiss

3、uccessfullydevelopedinuseofrollingcontrolandnormalizingtechnologyby4300mmheavyplateproductionline.ThechemicalcompositionsoftheplateincludeNiobium,Vanadium,andTitanium.Afternormalizing,theyieldandtensilestrengthoftheplatearerespectivelyover410MPaand550MPa.andthetransversalandlongitudinallow-temperatu

4、reimpactat一5OoCisover140J.Theresultindicatesthatthechemicalcompositionandproductionprocessarereasonableandtheproductpropertyisgood.KeyWordsrollingcontrol,normalizing,structuralsteel正火可焊接細(xì)晶粒S420NL結(jié)構(gòu)鋼(簡稱S420NL)專門用于生產(chǎn)低溫工作條件下的焊接結(jié)構(gòu)件的重承載零部件,如橋梁,防洪閘門,儲存箱和供水箱等.S420NL鋼板要求進行正火處理后交貨,歐標(biāo)對該牌號鋼力立學(xué)性能和焊接性能要求較高,規(guī)定厚度為

5、63mm以下的鋼板正火后屈服強度大于390MPa,抗拉強度大于520MPa,同時為保證S420NL鋼板有良好的焊接性能,要求碳當(dāng)量小于0.48%;對低溫沖擊韌性也有較高要求,S420NL鋼板在一50時縱向沖擊功必須達到27J以上.這些性能特點對該牌號鋼的成分設(shè)計,技術(shù)和工藝控制均提出了較高要求.吳斌:2007年畢業(yè)于北京科技大學(xué),碩士,現(xiàn)在技術(shù)研究院從事新產(chǎn)品開發(fā)和工藝研究工作.收稿/20090430針對歐標(biāo)的特殊要求和S420NL鋼板性能特點,利用秦皇島首秦金屬材料有限公司(簡稱首秦公司)4300mm寬厚板生產(chǎn)線,進行了工業(yè)試驗研究,采用控軋+正火工藝成功開發(fā)出了符合歐標(biāo)的厚度為30,45m

6、m的S420NL.檢測結(jié)果顯示試制的S420NL鋼板性能優(yōu)良,說明首秦公司4300mm寬厚板生產(chǎn)線已具備該牌號鋼板生產(chǎn)條件.1S420NL主要技術(shù)性能根據(jù)BSEN100025-3正火的/正火軋制的可焊接細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼交貨技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,S420NL的主要技術(shù)性能見表1.表1S420NL主要技術(shù)性能注:1)RL為屈服強度,屁為抗拉強度,為延伸率,AkV_50為沖擊功.2)A5o的檢測溫度為一5O.2成分設(shè)計目前,中厚板軋制最有效的控制方法是控制軋制.鋼板若要獲得最佳的綜合力學(xué)性能,必須在冶煉時采用微合金化處理技術(shù),使微合金化元素在鋼中形成碳氮化合物,從而起到抑制晶粒長大和沉淀強化的作用¨

7、;J.在冶煉S420NL時采用了鈮,釩和鈦進行微合金化處理.鈮,釩和鈦的作用如下:1)鈮.鈮的主要作用是熱軋時提高鋼材的再結(jié)晶溫度,擴大未再結(jié)晶區(qū),起到細(xì)晶強化的作用,提高鋼材強度和沖擊韌性.2)釩.釩在奧氏體低溫階段,兩相區(qū)及鐵素體區(qū)析出VN和VC,產(chǎn)生沉淀強化,從而起到提高鋼材強度的作用.3)鈦.鈦在鋼中的存在形式有Ti(N,c)和Ti(s,C).板坯再加熱時,TiN可以阻止奧氏體晶粒的長大;由于鈦與氮的結(jié)合能力比鈮和氮的結(jié)合能力強,所以可以在形成TiN的同時減少固溶氮含量,使鈮在控軋中充分發(fā)揮作用;TiC析出可以產(chǎn)生沉淀強化作用;鈦能提高鋼材的焊接性能和沖擊韌性(減少游離氮含量,使夾雜物

8、改性,如形成Ti(S,c).因此,為保證厚度為3O,45mm的S420NL鋼板具有足夠的強度和較好的韌性,并符合BsEN100025-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,首鋼采用鈮,釩和鈦復(fù)合處理.3工業(yè)試制3.1冶煉S420NL冶煉工藝為:鐵水脫硫預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一LF爐精煉一RH真空處理一板坯澆注.S420NL的冶煉化學(xué)成分見表2.表2S420NL的冶煉化學(xué)成分%注:c為碳當(dāng)量.冶煉過程穩(wěn)定,磷含量和硫含量控制較低,最大限度控制影響焊接性能的殘余元素含量,提高鋼板焊接性能.S420NL連鑄坯低倍和硫印檢驗結(jié)果分別見表3,4.表3S420NL連鑄坯低倍檢驗結(jié)果級注:中心偏析均判為c類.表4s42ONL連鑄坯硫印檢驗

9、結(jié)果級注:中心偏析均判為c類.由表3,4可見,S420NL連鑄坯低倍和硫印良好.3.2軋制根據(jù)連鑄坯成分制定相應(yīng)加熱工藝.SA20NL連鑄坯采用2階段軋制,奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制采用低速大壓下進行控制,通過加大道次壓下量,使鋼板在道次間充分發(fā)生奧氏體動態(tài)再結(jié)晶,細(xì)化晶粒;奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制在較低溫度下進行,保證未再結(jié)晶區(qū)的軋制變形量,獲得充分壓扁的變形奧氏體,積累形變和位錯,創(chuàng)造更多的形核位置,促進相變后獲得細(xì)小的相變組織.3.3熱軋鋼板性能及金相組織S420NL鋼板熱軋力學(xué)性能見表5.由表5可見,熱軋后屈服強度和抗拉強度均較高,但延伸率較低;45mm厚鋼板一5O橫向和縱向沖擊功可滿足標(biāo)準(zhǔn)(見表

10、1)要求,但富余量不足.表5S420NL鋼板熱軋力學(xué)性能S420NL熱軋鋼板厚度方向金相組織見圖1.由圖1可見,S420NL熱軋鋼板的組織均為鐵素體+珠光體,表面有過冷組織,1/4位置組織較均勻,鋼板心部存在偏析帶,帶狀組織明顯,并有少量貝氏體組織.晶粒度為9.510級,鋼板晶粒較細(xì)小.將S420NL連鑄坯加熱溫度控制在11501200,存在的含鈮第二相粒子能夠釘扎原始奧氏體晶界,有效阻止原始奧氏體晶粒長大,這使得鋼板控扎后晶粒也較小,發(fā)揮了鈮的細(xì)晶強化作用.(b)(d)(a)30mm厚鋼板1/4處;(b)30mm厚鋼板心部;(c)45mm厚鋼板1/4處;(d)45nlln厚鋼板心部圖1S42

11、0NL熱軋鋼板厚度方向金相組織S420NL鋼板心部存在偏析帶,導(dǎo)致了鋼板心部冷速不均,形成了少量貝氏體組織,使鋼板韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高,低溫沖擊韌性惡化;熱軋鋼板內(nèi)部存在大量內(nèi)應(yīng)力和位錯強化,使鋼板強度較高,韌性較差,尤其是較厚的鋼板,為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,需通過正火處理來提高其低溫沖擊韌性.另外,在連鑄過程中應(yīng)盡量使用動態(tài)輕壓下,以減輕連鑄坯t5部的偏析程度.3.4正火鋼板性能及金相組織S420NL鋼板采用900正火處理,保溫lOmin.S420NL鋼板正火后力學(xué)性能見表6.表6S420NL鋼板正火后力學(xué)性能由表6可見,S420NL鋼板正火后的屈服強度和抗拉強度均較熱軋態(tài)有所下降,但仍存在一定的富余量

12、,延伸率均有較大幅度提高.2個厚度鋼板的橫向和縱向A劬平均值均高于標(biāo)準(zhǔn)值(見表1),正火后S420NL鋼板的沖擊韌性得到改善.45mm厚S420NL鋼板正火前后沖擊韌性變化如圖2所示.由圖2可見,S420NL鋼板正火后的沖擊韌性優(yōu)異,其縱向沖擊功均值大于200J,橫向沖擊功均值大于150J,沖擊韌性的改善效果顯著,且橫向和縱向沖擊功差異減小.宿是圖245mm厚S420NL鋼板正火前后沖擊韌性變化S420NL鋼板正火后厚度方向金相組織見圖3.fb)(d)(a)30iTlnl厚鋼板1/4處;(b)301311/1厚鋼板心部;(c)45111131厚鋼板1/4處;(d)451111/1厚鋼板心部圖3

13、S420NL鋼板正火后厚度方向金相組織由圖3可見,S420NL鋼板正火后獲得組織仍為鐵素體+珠光體,消除了表面過冷組織,1/4處組織更加均勻,心部未見明顯偏析帶,中心貝氏體基本消除,帶狀組織減輕.晶粒細(xì)化,晶粒度達到1011級.通過正火處理使S420NL鋼板發(fā)生相變和再結(jié)晶,消除控軋控冷過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和貝氏體組織;碳元素在高溫時發(fā)生均勻擴散,減輕了控軋后S420NL鋼板心部偏析帶和帶狀組織.S420NL鋼板正火后韌性提高,強度下降,但仍有一定的富余量,表明S420NL鋼板的碳當(dāng)量設(shè)計以及合金元素加入量合理.釩在875900oC析出量較大J,起沉淀析出強化作用,避免S420NL鋼板強度大幅下

14、降,保證S420NL鋼板強度要求.3.5焊接性能隨著厚度增加和強度等級的提高,鋼板可能出現(xiàn)冷裂.按照BSEN10025-3正火的/正火軋制的可焊接細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼交貨技術(shù)條件要求,進行S420NL鋼板Y型坡口焊接冷裂紋試驗,為用戶的使用提供依據(jù).45mm厚的S420NL鋼板焊接性能見表7.表745mm厚的S420NL鋼板焊接性能注:1)焊接材料為CHE607RH.2)焊接試驗的環(huán)境溫度為6oC,濕度為54%.由表7可見,將S420NL鋼板加熱到75以上進行焊接時,均無表面裂紋和斷面裂紋.參考文獻4結(jié)語在首秦公司4300mm寬厚板生產(chǎn)線現(xiàn)有條件下,采用控軋+正火工藝生產(chǎn)的S420NL鋼板性能完全滿足BSEN100025-3正火的/正火軋制的可焊接細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼交貨技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,屈服強度和抗拉強度均有一定富余量,低溫沖擊韌性優(yōu)異,焊接性能良好.試制結(jié)果表明,S420NL成分設(shè)計,工藝路線合理,產(chǎn)品性能優(yōu)良1王有銘,李曼云,韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻.北京:冶金工業(yè)出版社,19952J.Femmdez,S.1llescas,J.M.Gu