《正火可焊接细晶都粒420结构钢的开发.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《正火可焊接细晶都粒420结构钢的开发.doc（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、正火可焊接细晶粒S420NL结构钢的开发正火可焊接细晶粒S420NL结构钢的开发吴斌王彦锋顾林豪何元春(技术研究院)(秦皇岛首秦金属材料有限公司)摘要采用控轧+正火工艺在首秦公司4300mm宽厚板生产线成功开发了符合欧标的正火可焊接细晶粒S420NL结构钢.S420NL结构钢采用铌,钒和钛复合处理,试制钢板正火后屈服强度高于410MPa,抗拉强度高于550MPa,一50低温横向和纵向冲击功均大于140J.试制的S420NL结构钢钢板成分没计和工艺路线合理,性能优良.关键词控轧正火结构钢TheDevelopmentofNormalizedWeldableStructuralSteelS420NL
2、withRefinedGrainWUBinWANGYanfengGULinhaoHEYuanchun(TheResearchInstituteofTechnology)(QinhuangdaoShouqinMetalMaterialsCo.,Ltd.)AbstractTheweldablefinegrainedstructuralsteelS420NLcompliancewithEuropeanstandardissuccessfullydevelopedinuseofrollingcontrolandnormalizingtechnologyby4300mmheavyplateproduct
3、ionline.ThechemicalcompositionsoftheplateincludeNiobium,Vanadium,andTitanium.Afternormalizing,theyieldandtensilestrengthoftheplatearerespectivelyover410MPaand550MPa.andthetransversalandlongitudinallow-temperatureimpactat一5OoCisover140J.Theresultindicatesthatthechemicalcompositionandproductionprocess
4、arereasonableandtheproductpropertyisgood.KeyWordsrollingcontrol,normalizing,structuralsteel正火可焊接细晶粒S420NL结构钢(简称S420NL)专门用于生产低温工作条件下的焊接结构件的重承载零部件,如桥梁,防洪闸门,储存箱和供水箱等.S420NL钢板要求进行正火处理后交货,欧标对该牌号钢力立学性能和焊接性能要求较高,规定厚度为63mm以下的钢板正火后屈服强度大于390MPa,抗拉强度大于520MPa,同时为保证S420NL钢板有良好的焊接性能,要求碳当量小于0.48%;对低温冲击韧性也有较高要求,S42
5、0NL钢板在一50时纵向冲击功必须达到27J以上.这些性能特点对该牌号钢的成分设计,技术和工艺控制均提出了较高要求.吴斌:2007年毕业于北京科技大学,硕士,现在技术研究院从事新产品开发和工艺研究工作.收稿/20090430针对欧标的特殊要求和S420NL钢板性能特点,利用秦皇岛首秦金属材料有限公司(简称首秦公司)4300mm宽厚板生产线,进行了工业试验研究,采用控轧+正火工艺成功开发出了符合欧标的厚度为30,45mm的S420NL.检测结果显示试制的S420NL钢板性能优良,说明首秦公司4300mm宽厚板生产线已具备该牌号钢板生产条件.1S420NL主要技术性能根据BSEN100025-3正
6、火的/正火轧制的可焊接细晶粒结构钢交货技术条件标准规定,S420NL的主要技术性能见表1.表1S420NL主要技术性能注:1)RL为屈服强度,屁为抗拉强度,为延伸率,AkV_50为冲击功.2)A5o的检测温度为一5O.2成分设计目前,中厚板轧制最有效的控制方法是控制轧制.钢板若要获得最佳的综合力学性能,必须在冶炼时采用微合金化处理技术,使微合金化元素在钢中形成碳氮化合物,从而起到抑制晶粒长大和沉淀强化的作用J.在冶炼S420NL时采用了铌,钒和钛进行微合金化处理.铌,钒和钛的作用如下:1)铌.铌的主要作用是热轧时提高钢材的再结晶温度,扩大未再结晶区,起到细晶强化的作用,提高钢材强度和冲击韧性.
7、2)钒.钒在奥氏体低温阶段,两相区及铁素体区析出VN和VC,产生沉淀强化,从而起到提高钢材强度的作用.3)钛.钛在钢中的存在形式有Ti(N,c)和Ti(s,C).板坯再加热时,TiN可以阻止奥氏体晶粒的长大;由于钛与氮的结合能力比铌和氮的结合能力强,所以可以在形成TiN的同时减少固溶氮含量,使铌在控轧中充分发挥作用;TiC析出可以产生沉淀强化作用;钛能提高钢材的焊接性能和冲击韧性(减少游离氮含量,使夹杂物改性,如形成Ti(S,c).因此,为保证厚度为3O,45mm的S420NL钢板具有足够的强度和较好的韧性,并符合BsEN100025-3标准规定,首钢采用铌,钒和钛复合处理.3工业试制3.1冶
8、炼S420NL冶炼工艺为:铁水脱硫预处理一转炉炼钢一LF炉精炼一RH真空处理一板坯浇注.S420NL的冶炼化学成分见表2.表2S420NL的冶炼化学成分%注:c为碳当量.冶炼过程稳定,磷含量和硫含量控制较低,最大限度控制影响焊接性能的残余元素含量,提高钢板焊接性能.S420NL连铸坯低倍和硫印检验结果分别见表3,4.表3S420NL连铸坯低倍检验结果级注:中心偏析均判为c类.表4s42ONL连铸坯硫印检验结果级注:中心偏析均判为c类.由表3,4可见,S420NL连铸坯低倍和硫印良好.3.2轧制根据连铸坯成分制定相应加热工艺.SA20NL连铸坯采用2阶段轧制,奥氏体再结晶区轧制采用低速大压下进行
9、控制,通过加大道次压下量,使钢板在道次间充分发生奥氏体动态再结晶,细化晶粒;奥氏体未再结晶区轧制在较低温度下进行,保证未再结晶区的轧制变形量,获得充分压扁的变形奥氏体,积累形变和位错,创造更多的形核位置,促进相变后获得细小的相变组织.3.3热轧钢板性能及金相组织S420NL钢板热轧力学性能见表5.由表5可见,热轧后屈服强度和抗拉强度均较高,但延伸率较低;45mm厚钢板一5O横向和纵向冲击功可满足标准(见表1)要求,但富余量不足.表5S420NL钢板热轧力学性能S420NL热轧钢板厚度方向金相组织见图1.由图1可见,S420NL热轧钢板的组织均为铁素体+珠光体,表面有过冷组织,1/4位置组织较均
10、匀,钢板心部存在偏析带,带状组织明显,并有少量贝氏体组织.晶粒度为9.510级,钢板晶粒较细小.将S420NL连铸坯加热温度控制在11501200,存在的含铌第二相粒子能够钉扎原始奥氏体晶界,有效阻止原始奥氏体晶粒长大,这使得钢板控扎后晶粒也较小,发挥了铌的细晶强化作用.(b)(d)(a)30mm厚钢板1/4处;(b)30mm厚钢板心部;(c)45mm厚钢板1/4处;(d)45nlln厚钢板心部图1S420NL热轧钢板厚度方向金相组织S420NL钢板心部存在偏析带,导致了钢板心部冷速不均,形成了少量贝氏体组织,使钢板韧脆转变温度升高,低温冲击韧性恶化;热轧钢板内部存在大量内应力和位错强化,使钢
11、板强度较高,韧性较差,尤其是较厚的钢板,为满足标准要求,需通过正火处理来提高其低温冲击韧性.另外,在连铸过程中应尽量使用动态轻压下,以减轻连铸坯t5部的偏析程度.3.4正火钢板性能及金相组织S420NL钢板采用900正火处理,保温lOmin.S420NL钢板正火后力学性能见表6.表6S420NL钢板正火后力学性能由表6可见,S420NL钢板正火后的屈服强度和抗拉强度均较热轧态有所下降,但仍存在一定的富余量,延伸率均有较大幅度提高.2个厚度钢板的横向和纵向A劬平均值均高于标准值(见表1),正火后S420NL钢板的冲击韧性得到改善.45mm厚S420NL钢板正火前后冲击韧性变化如图2所示.由图2可
12、见,S420NL钢板正火后的冲击韧性优异,其纵向冲击功均值大于200J,横向冲击功均值大于150J,冲击韧性的改善效果显着,且横向和纵向冲击功差异减小.宿是图245mm厚S420NL钢板正火前后冲击韧性变化S420NL钢板正火后厚度方向金相组织见图3.fb)(d)(a)30iTlnl厚钢板1/4处;(b)301311/1厚钢板心部;(c)45111131厚钢板1/4处;(d)451111/1厚钢板心部图3S420NL钢板正火后厚度方向金相组织由图3可见,S420NL钢板正火后获得组织仍为铁素体+珠光体,消除了表面过冷组织,1/4处组织更加均匀,心部未见明显偏析带,中心贝氏体基本消除,带状组织减
13、轻.晶粒细化,晶粒度达到1011级.通过正火处理使S420NL钢板发生相变和再结晶,消除控轧控冷过程中产生的内应力和贝氏体组织;碳元素在高温时发生均匀扩散,减轻了控轧后S420NL钢板心部偏析带和带状组织.S420NL钢板正火后韧性提高,强度下降,但仍有一定的富余量,表明S420NL钢板的碳当量设计以及合金元素加入量合理.钒在875900oC析出量较大J,起沉淀析出强化作用,避免S420NL钢板强度大幅下降,保证S420NL钢板强度要求.3.5焊接性能随着厚度增加和强度等级的提高,钢板可能出现冷裂.按照BSEN10025-3正火的/正火轧制的可焊接细晶粒结构钢交货技术条件要求,进行S420NL
14、钢板Y型坡口焊接冷裂纹试验,为用户的使用提供依据.45mm厚的S420NL钢板焊接性能见表7.表745mm厚的S420NL钢板焊接性能注:1)焊接材料为CHE607RH.2)焊接试验的环境温度为6oC,湿度为54%.由表7可见,将S420NL钢板加热到75以上进行焊接时,均无表面裂纹和断面裂纹.参考文献4结语在首秦公司4300mm宽厚板生产线现有条件下,采用控轧+正火工艺生产的S420NL钢板性能完全满足BSEN100025-3正火的/正火轧制的可焊接细晶粒结构钢交货技术条件标准规定,屈服强度和抗拉强度均有一定富余量,低温冲击韧性优异,焊接性能良好.试制结果表明,S420NL成分设计,工艺路线
15、合理,产品性能优良1王有铭,李曼云,韦光.钢材的控制轧制和控制冷却.北京:冶金工业出版社,19952J.Femmdez,S.1llescas,J.M.Guilemany.EffectofMieroalloyingElementsontheAusteniticGrainGrowthinaLowCarbonHSLAStee1.MaterialsLetters,2007(61):238923923曹建春,刘清友,雍岐龙等.铌对高强度低合金钢的组织和强化机制的影响.钢铁,2006(8):60?634夏佃秀,郑香增,徐洪庆等.厚规格保性能Q345B热轧钢板的研制.山东冶金,2004(增刊):189191编辑/李燕