高性能钢材组织性能控制与品种开发纵观

1 轧制过程组织性能控制研究及应用 

1.1 细晶和超细晶钢的研究开发及应用　　近年的“新一代钢铁材料重大基础研究”项目以细晶和超细晶钢的研究开发为目标，该项目通过结合轧制生产线装备和工艺实际，开展了大量的理论和试验研究与探索，其中包括：①铁素体+珠光体（F+P）碳素钢或低合金钢采用强力轧制、形变诱导铁素体相变（DIFT）以及形变和相变耦合的组织超细化理论和技术；②结合奥氏体再结晶和未再结晶控制轧制和加速冷却（RCR+ACC）控制的晶粒适度细化理论和技术；③基于过冷奥氏体热变形的低碳钢组织细化一形变强化相变（DEFT）理论和技术；④基于薄板坯连铸连轧流程（TSCR）的奥氏体再结晶细化+冷却路径控制的低碳钢组织细化与强化理论与技术；⑤针对低（超低）碳微合金贝氏体钢的中温转变组织细化的TMCP+RPC理论与技术等。　　这些理论与技术研究在长材、板带材和中厚板的强度翻番或升级，以及新产品开发中发挥重大的作用和显著的效果，近年已大批量地生产出细晶和超细晶钢。

 1.2 钢在形变、相变中的析出行为研究与控制　　钢在形变、相变中的析出行为研究与控制是钢的组织性能控制的一个重要方面。通过大量的试验研究和生产实践证明，采用合理的冶金成分设计和轧制、冷却工艺控制，可以在钢中使大量的纳米尺寸粒子析出，使钢的强韧性得到显著提高。珠钢及涟钢等企业同高校合作，在TSCR线上通过实施高温大变形再结晶细化+冷却路径控制，实现晶粒细化与纳米粒子析出与分布控制，进而形成不同强韧化效果的组织性能柔性控制，开发生产出具有高成形性的低碳高强汽车大梁钢510L、550L、屈服强度500MPa～700MPa级钛微合金化高强耐候钢、600MPa和700MPa级低碳贝氏体工程机械用钢等系列高强韧钢，并进行了大批量生产和应用。经分析，微合金化高强钢中纳米粒子析出强化的贡献可达到150MPa～300MPa。

 2 2250热连轧生产高级别管线钢的技术开发　　中国近年先后投产的11套2000mm 以上宽带钢热连轧生产线为高级别管线钢等高性能高强钢产品开发提供了关键设备条件。2007年以来，首钢、太钢、马钢等钢铁企业利用2250热连轧生产线成功开发并大批量生产出18.4mm厚X80高级别管线钢。采用低C-高Mn-高Nb-少Mo-微V，或低C-高Mn-高Nb+适量Cr-Ni-Mo-Cu的成分体系设计，结合优化的TMCP轧制工艺和低温或超低温卷取控制，获得以针状铁素体为主的高级管线钢复相组织，确保了厚规格产品的高强韧性和耐蚀性，保证了带钢全长组织性能的均匀性及良好的板形。2008年，首钢、太钢、马钢的2250热连轧生产线共生产了73.5万t X80管线钢，在中国的西气东输二线管线工程建设中发挥了关键作用。

 3 高性能高强度中厚板品种开发

 3.1 新型桥梁用钢的开发及应用　　近年，武钢、鞍钢等企业采用TMCP技术开发了满足高强度、较低屈强比、焊接性、耐候性及低温冲击韧性要求的系列新型桥梁用钢，并应用于南京大胜关长江大桥等几十座跨江、跨海、铁路和公路桥梁建设。　　武钢开发生产的WNQ570、WNQ690、14MnNbq桥梁钢的特点是：高强度，屈服强度大于等于420MPa；高韧性，-40℃ Akv≥120J；良好焊接性，60mm以上厚钢板埋弧焊不预热；耐候性，WNQ570钢与09CuPCrNi相当；最大板厚68mmWNQ570钢12mm～68mm不区分板厚效应；屈强比小于等于0.88。　　京沪高速铁路南京大胜关长江大桥建造采用了WNQ570钢1.3万t，应用于打捞“南海一号”的亚洲最大的起重工程船悬臂梁采用了WNQ690钢制造。

　鞍钢将FH550级TMCP超高强船板制造技术成功用于80mm厚高强度桥梁钢Q420qE、Q500qE制造，其主要特点是：①通过超低碳微合金化成分设计（0.045%C-Mn-Mo-Nb-0.75％Cu-Ni），实现特厚板连续冷却组织均匀并提高耐大气腐蚀性能，增加钢板的低温韧性；②全均质贝氏体钢组织有利于提高耐大气腐蚀性能；超高强度船板FH500、FH550的耐大气腐蚀性能优于传统耐候钢09CuPCrNi，应用于桥梁钢，使厚规格桥梁钢具有耐大气腐蚀性能；③Cu在连续冷却和等温过程中纳米析出的控制能够强化特厚超高强桥梁板的芯部性能；80mm厚FH550钢板近表面组织为细化的板条贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体，1/4和1/2厚度处组织为准多边形铁素体和针状铁素体，强韧性满足要求；④通过TMCP轧制工艺调控，使原奥氏体晶粒尺寸细化到20μm～50μm；通过3阶段TMCP轧制工艺，实现了特厚桥梁板原奥氏体晶粒细化，进一步保证了1/2厚度处的强韧性要求。 

3.2 高强韧低碳贝氏体非调质钢开发　　结合鞍钢2300中板机组和4300厚板机组的特点，采用超低碳贝氏体钢成分设计（加入提高淬透性和析出强化元素Mn、Cu、Ni、Mo、Nb、B等）和中温组织超细化技术（TMCP+RPC技术），获得各种形态的超细贝氏体组织，生产出屈服强度500MPa、550MPa、620MPa、690MPa和800MPa 5个强度级别超低碳贝氏体钢中厚板，板材厚度为16mm～60mm。主要应用于工程机械和煤机等领域，工艺路线为：超低碳-洁净钢质-微合金化-控制轧制-控制冷却（中温转变组织超细化）-（厚板回火）。使高性能钢由调质处理向不调质、不回火、降低贵重合金元素使用量方向发展。所开发的高强韧超细组织低碳贝氏体钢的系列产品分别销售到北京煤机厂和郑州煤机厂、四川长江起重机公司等工程机械用户。

 3.3 大厚度大单重优质特厚钢板技术开发　　舞钢开发的屈服强度390MPa～460MPa（Q390～Q460）级高层建筑结构钢先后应用于国家游泳中心、国家体育场鸟巢等奥运工程以及中央电视台新台址、国家大剧院工程等大型建筑工程。①Q390～Q460厚板的主要技术指标特点：成品板最大厚度达到135mm，晶粒细化、组织均匀性高；-40℃低温韧性远高于标准值，最大厚度135mm时的冲击值富裕量较大；Z35抗层状撕裂性能均超过了35％，保证安全性能；低碳当量（Ceq=0.44%～0.48%）保证焊接性能；低屈强比（Rp0.2/Rm≤0.80）保证抗震性。②特厚板生产工艺技术的主要特点：独特的微合金化成分设计及洁净钢冶炼保证了大厚度钢板的内部质量、各项力学性能及焊接性能；特有的大钢锭无缺陷浇铸工艺保证了110mm厚Q460E-Z35的成功开发；正火轧制和控制冷却并用，保证了钢板的抗震性能；独特的热处理设备（常化+控冷）突破了原有设备的厚度热处理极限。③舞钢生产特厚板的主要装备及产品特点。　　在国家体育场鸟巢和中央电视台新台址的结构建设中大量采用了舞钢开发生产的Q390～Q460级特厚高强钢板。

 3.4 高强、超高强船体及海洋工程结构用钢系列产品开发　　鞍钢采用TMCP技术开发生产出具有Z15～Z35性能的高强度、超高强度系列船体及海洋工程结构用钢，到2009年，鞍钢已累计生产了各类船板1000多万t。鞍钢船板TMCP技术集成主要包括：成分设计，复合微合金化；冶炼，转炉纯净钢冶炼、炉外精炼、高精度目标成分控制、夹杂物形态控制；连铸，板坯成分均匀化控制、降低板坯中心偏析、300mm厚无缺陷连铸板坯控制技术等；轧制，板坯加热温度控制、TMCP轧制工艺（4300厚板生产线）、钢板厚度及板形高精度控制、加速冷却技术等。

 (来源：钢铁产业)