文章介紹了本鋼薄板坯連鑄連軋700 MPa級冷成形用高強鋼的成分設(shè)計及熱軋工藝設(shè)計、組織控制及力學(xué)性能檢驗等。通過合理的成分及軋制工藝設(shè)計，得到理想的組織形態(tài)，保證其高強度的同時又兼具良好的低溫沖擊韌性及冷成形性能和焊接性能，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于改裝車底梁、起重機吊臂等工程機械領(lǐng)域。
使用高強度鋼可以有效減輕整車的自重，獲得更強的承載能力，符合國家倡導(dǎo)發(fā)展“低碳經(jīng)濟、節(jié)能減排”的時代潮流。GB1589—2016以及一系列相關(guān)政策的出臺實質(zhì)是物流業(yè)的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，而行業(yè)應(yīng)對的實質(zhì)是科學(xué)地提高運輸效率進而促進節(jié)能減排。使用高強度鋼板能有效提高安全性能，同時與鎂鋁合金、工程塑料、碳纖維復(fù)合材料等相比，高強度鋼成本低、采購容易、性價比高，后期使用維修方便，因此有必要進行高強鋼的產(chǎn)品開發(fā)，來滿足行業(yè)的迫切需求。
本鋼利用低碳、高錳，適量添加鈮、釩、鈦等微合金元素的成分體系，通過控軋、控冷手段得到所需的組織結(jié)構(gòu)來保證力學(xué)性能，并根據(jù)薄板坯連鑄連軋機組特點有針對性的進行工業(yè)設(shè)計，成功開發(fā)了700 MPa級的高強度鋼板，此鋼種縱向屈服強度達(dá)700 MPa級別，同時又具有良好的低溫韌性、冷彎性能、焊接性能，可廣泛應(yīng)用于改裝車底梁、起重機吊臂等工程機械領(lǐng)域。
工藝流程
本鋼薄板坯連鑄連軋機組于2005年投產(chǎn)。由意大利達(dá)涅利公司分包連鑄機，其鑄機形式為直弧型，最大拉速6 m/min；美國布里克蒙公司分包加熱爐，最高出爐溫度1150℃。日本三菱日立公司分包連軋機，其采用多項先進的技術(shù)，軋制厚度規(guī)格0.8~12.7 mm，能實現(xiàn)半無頭軋制，卷取溫度范圍為450~750℃，能滿足生產(chǎn)大部分熱軋產(chǎn)品的工藝需求。圖1是本鋼薄板坯連鑄連軋工藝流程圖。
技術(shù)要求
本鋼BGS700MC鋼板力學(xué)性能指標(biāo)要求較為嚴(yán)格，要求縱向屈服強度≥700MPa，延伸率要求較高，同時要求–20℃下的良好低溫沖擊韌性，并且要考慮保證用戶使用的焊接性能和抗疲勞性能，其具體化學(xué)成分、力學(xué)和工藝性能要求見表1和表2。
合金成分設(shè)計
屈服強度700 MPa級高強鋼在成分設(shè)計上充分考慮了薄板坯連鑄連軋的設(shè)備能力及成本因素，由于本鋼薄板坯連鑄連軋加熱爐出爐溫度為1100℃左右，相比傳統(tǒng)加熱爐爐溫較低，合金的溶解和析出不充分，對其強度會造成一定影響；同時考慮考合金成本因素，因此本鋼700 MPa高強鋼采用高Ti的成分設(shè)計，少量添加Nb和Mo元素，由于Ti價格低廉，因此較大幅度的降低了合金成本。采用低碳的成分設(shè)計，保證鋼板具有良好的成形性、低溫沖擊韌性及焊接性能。錳元素不僅能提高強度，還可以提高奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體向鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，同時還可降低析出碳化物的尺寸，促進沉淀強化效應(yīng)。鉬元素能抑制先共析鐵素體的析出，促進針狀鐵素體形成，為后續(xù)TiC的析出提供更多的形核點，使其析出更加細(xì)小彌散，強化效果更好。鈮元素起細(xì)化晶粒作用，在有效提高強度基礎(chǔ)上不損失韌性，同時含Nb鋼通卷力學(xué)性能穩(wěn)定，是良好的強化元素。鈦元素不但可細(xì)化奧氏體晶粒，通過TiC的析出還可大幅度的提高強度，Ti因為在奧氏體中溶解度高，對沉淀強化有利，但因其化學(xué)活性太大，加入鋼中的Ti極易與N、S結(jié)合，剩余部分對形成TiC沉淀，提升性能有效，這部分Ti被稱為“有效Ti”，鋼中的有效Ti含量主要取決于Ti、S、N含量，S和N含量越低，有效Ti的含量越高，強化效果越明顯，因此，為保證材料力學(xué)性能穩(wěn)定，除了保證穩(wěn)定的C、Ti含量外，穩(wěn)定控制N和S含量是非常重要的[1]。釩元素含量要求0.035%以上，由于釩具有較高的溶解能力，其發(fā)揮作用所需要的板坯加熱溫度相對較低，通過加釩來進一步增強析出強化作用。
實際成分及軋制工藝
軋制工藝
控制軋制與控制冷卻工藝要點：(1)提高入爐溫度，以提高加熱溫度和出爐溫度，使添加合金元素充分溶解，控制出爐溫度為1050~1120℃(2)軋制過程采用合理的控軋工藝，避開奧氏體部分再結(jié)晶區(qū)軋制[2]，軋制時通過投入中間冷卻裝置控制進精軋的溫度，其進精軋溫度控制在980℃以下。(3)增加精軋壓縮比以達(dá)到充分細(xì)化晶粒的目的，生產(chǎn)中采用厚度較厚的85 mm連鑄坯，并合理分配道次變形量，以便保證精軋階段未再結(jié)晶區(qū)軋制的累積變形量[3]。(4)采用合理的冷卻制度，以獲得理想的組織和第二相的析出，其卷取溫度設(shè)定為580~620℃。
產(chǎn)品力學(xué)性能檢驗
拉伸及冷彎性能檢驗
進行拉伸性能和沖擊性能的檢驗。結(jié)果表明：屈服強度≥720 MPa，抗拉強度≥770 MPa，同時–20℃低溫沖擊韌性良好，各項性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體檢驗結(jié)果見表4。
d=0的冷彎實驗結(jié)果
對BGS700MC鋼板進行了180°的寬冷彎實驗(d=0，b=50 mm，的橫向彎曲實驗)，結(jié)果全部合格，見圖2，表明其冷彎性能同樣優(yōu)異。
產(chǎn)品金相組織和夾雜檢驗
圖3為BGS700MC金相組織，BGS700MC典型的金相組織為貝氏體+鐵素體+少量的M-A組元，其組織細(xì)小均勻，各相比例控制良好。表5為金相檢驗結(jié)果，除B類夾雜為1.0級，其他均為0級，表明冶煉、軋制工藝設(shè)計合理，能夠滿足700 MPa級鋼板的性能求。
結(jié)束語
本鋼利用薄板坯連鑄連軋機組特點，通過創(chuàng)新性、低成本的成分設(shè)計方案，以及合理的控軋空冷手段，開發(fā)出了縱向屈服強度≥700 MPa級的高強鋼板。結(jié)合薄板坯連鑄連軋產(chǎn)線特點試制的700 MPa級高強鋼產(chǎn)品，其組織為貝氏體+鐵素體+少量M-A組元，其強化機制為細(xì)晶強化和析出強化，在保證強度的基礎(chǔ)上，其沖擊韌性得到保證，同時能保證良好的焊接性能。
BGS700MC鋼板除強度大幅度提高外，兼具有良好的冷成形性能、低溫沖擊韌性，合理的成分設(shè)計保證了其優(yōu)良的焊接性能，可廣泛應(yīng)用于改裝車底梁、起重機吊臂等工程機械領(lǐng)域。
文章來源——金屬世界
成分設(shè)計
根據(jù)各合金元素的作用機理，結(jié)合生產(chǎn)線工藝特點700 MPa級高強鋼的實際成分控制見表3。
