淺談低合金高強度熱軋鋼板的軋制技術(shù)

喬曾山

【摘 要】隨著我國的科技水平持續(xù)提升，鋼結(jié)構(gòu)市場對于鋼材的需求量也愈發(fā)的增加?，F(xiàn)階段，我國的鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，建筑鋼材所占的比例還不足全國鋼材總產(chǎn)量的2%，大大落后于歐美等發(fā)達國家。雖然我國在鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)具有極大的發(fā)展空間以及應(yīng)用領(lǐng)域，但是在鋼結(jié)構(gòu)用鋼以及未來發(fā)展方向還十分迷茫。而以往的建筑用鋼已經(jīng)難以滿足國內(nèi)現(xiàn)階段的發(fā)展需求，急需研發(fā)出一批具備高強度、高韌性、優(yōu)良抗震性能的結(jié)構(gòu)用鋼。本文通過對其配置成分以及制作工藝的設(shè)計展開深入研究，為開發(fā)高性能鋼板提供重要的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】熱釓鋼板；軋制技術(shù)；低合金高強度

低合金高強度鋼是用于制造生產(chǎn)沖壓、焊接產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)材料，并且其在國民經(jīng)濟當(dāng)中都有著極為廣泛的使用，例如民用建筑、橋梁架設(shè)、船舶制造、農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)等領(lǐng)域都使用極多。低合金鋼板的最主要性能是強度極高，在高低溫時的可塑性以及韌性都較為優(yōu)秀，焊接性較好，脆性轉(zhuǎn)變溫度較低。為保障低合金鋼材的良好發(fā)展，我們需要不斷提升屈服極限，保障其優(yōu)良的焊接性能，通過持續(xù)提升鋼材的脆性斷裂強度以及韌性斷裂強度來增加產(chǎn)品的使用周期以及安全性能。

一、鋼材軋制的簡述

最近幾年對于低碳鋼材的機械性能以及可加工性的要求越來越高，這也更加突出要求我們需要加強對于使用軋制技術(shù)來制造低合金高強度鋼材的研究力度，控制軋制是保障可以有效獲取細小鐵素體晶粒的加熱軋制技術(shù)，其主要是通過中溫區(qū)熱軋生成細小的再結(jié)晶奧氏體變形從而使得鐵素體晶粒增多，控制軋制可以極大的細化晶粒，利用彌散強化效應(yīng)，通過在鋼材內(nèi)部形成有利的亞結(jié)構(gòu)，從而可以獲得較高的強度以及良好的韌性，而鋼材的性能均為處于熱軋狀態(tài)下，未經(jīng)熱處理獲得的[1]。

二、軋制低合金高強度鋼板的重要步驟

（一）配置成分的控制：

由于低合金高強度鋼板的精軋機組需要受到較大的軋制力以及較大的軋機電機電流，使得低合金高強度鋼板通常難以進行熱軋。而使用鈮、釩以及硅進行強化鋼材的時候，這種情況發(fā)生的概率較高。

對于鋼材當(dāng)中的C、Si、Mn、P、S、Al等元素的占有比例將需要嚴格的把控，而在這些元素當(dāng)中最重要的是要控制鈮以及釩的含量，通過加入釩和鈮來提升鋼材的屈服強度，而且這兩種元素可以有效的幫助晶粒細化，但是要注意考慮軋機的最大承受能力，以此為基礎(chǔ)來控制鈮和釩的含量。這些元素只有在板柸加熱的時候才可以溶解于鋼材之中。而只有在高溫溶解的鈮和釩才能依靠晶粒細化以及沉淀硬化來對鋼材進行強化。由于釩在奧氏體當(dāng)中的溶解度較高，所以精軋時的VN沉淀通?？梢院雎裕臆堉茣r殘留的沉淀在冷卻的時候會沉淀在鐵素體當(dāng)中，并且其中的沉淀物十分細小，可以有效的提升鐵素體的沉淀硬化效果，如果在結(jié)合利用錳以及硅的固溶體硬化能力，將會極大的提升鋼材的屈服強度。

（二）對于硫化物的形態(tài)控制：

為避免影響到熱軋鋼板的性能，我們注意對鋼材當(dāng)中存在的硫化物進行清除或者形態(tài)控制。通?？梢允褂孟⊥两饘僭鼗蛘吆锈嫼辖鸬奈镔|(zhì)來控制鋼材當(dāng)中硫化物的形態(tài)，也可以使用鎂來降低硫元素的含量，有時也可以使用含鈣物質(zhì)來控制硫化物的形態(tài)。而一般我們將硫化物的形態(tài)分成三類，A型是以球狀分散析出的、B型是晶界上細而連續(xù)的共晶形、C型是以角型分散析出的。其中B、C兩種形態(tài)的硫化物對于鋼材的沖擊值、拉伸程度、熱加工性能等都具有有不利的影響，并且極易生成氫從而引發(fā)裂紋。鈣元素可以有效的控制鋼材當(dāng)中的硫化物形態(tài)，但是一定要更加注意對于鈣添加的用量，過度的使用會使得鋼材產(chǎn)生集聚狀的非金屬雜質(zhì)，從而造成鋼材的韌性降低。

（三）軋制的控制：

通過控制軋制技術(shù)可以有效的提升鋼材的沖擊性能，同時也會極大的提升其成型性。而這種控制方法主要還是以控制細晶鐵素體作為基礎(chǔ)的，而只有一小部分是分散存在的珠光體。在軋制的第一階段需要進行高溫軋制，在這個過程當(dāng)中，變形和再結(jié)晶是同步進行的。為保證每次奧氏體晶體細化后可以進行再結(jié)晶，需要保證其變形量要達到最大。而第二階段是中溫軋制，主要是對奧氏體的低溫部分進行變形。軋制后的鐵素體晶粒的大小將會影響到脆性轉(zhuǎn)變溫度，所以要更加注意總形變量的控制。到了第三階段則是需要奧氏體和鐵素體兩相區(qū)發(fā)生變形。在該階段鋼材的強度、轉(zhuǎn)變溫度、沖擊韌性都會發(fā)生極大的改善，而這種劇烈的改變將會極大的拉長鐵素體晶粒，從而促使脆性轉(zhuǎn)變溫度的下降。

三、幾種較為常見的低合金高強度鋼板的軋制技術(shù)

一般情況下為增強鋼材的韌性，通常都會使用正火、淬火、回火等熱處理的方法來進行，但是由于這些熱處理的方法大多都難以保證生產(chǎn)的效率，再加上這些方法所生產(chǎn)出來的鋼材大多數(shù)的屈服比都偏高，而且還需要考慮快速冷卻、雙向軋制等問題，有的還可能需要額外向鋼材當(dāng)中添加Mo、Ni等元素來提升鋼材的性能，這樣傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不僅僅極大的影響到了生產(chǎn)效率，而且還增加了生產(chǎn)成本，不利于增強其在鋼材市場的競爭力[4]。

（一）低溫且韌性強、低屈服度的軋制技術(shù)：

日本的神戶制鋼研究出了一種通過在生產(chǎn)鋼材時加入Nb的熱軋技術(shù)，首先需要將鋼材加熱到1150℃以上，令其中的Nb的碳氮化物可以完全溶解，保持這個溫度30分鐘以上，然后再奧氏體相區(qū)結(jié)束終軋，其中終軋溫度需要在850℃以上，這樣可以有效的保證奧氏體晶粒更好的細化。在軋制完成之后需要在15℃下進行快速冷卻，然后再在550-680℃的溫度下完成卷取，其中Nb可以有效的幫助奧氏體晶粒細化，從而有效的降低鐵素體的相變溫度，保證在軋制的過程當(dāng)中可以獲得細小的鐵素體、貝氏體以及少部分的珠光體共同組成的混合物，從而增加鋼板的低溫韌性和有效的降低其屈服比。

（二）可加工性強的高強度熱軋鋼板：

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，人們?nèi)藗儗τ谲囕v的要求也越來越高，為保證可以有效的通過減輕車輛重量來減少油耗的目的，對于鋼板的輕量化以及安全性、可靠性也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的添加Nb、Ti、V等特殊元素的生產(chǎn)方法，會增加生產(chǎn)成本，而且該種方法生產(chǎn)出來的鋼板延伸性能較弱[2]，在加工時極容易產(chǎn)生裂紋，并且其焊接時受到熱影響所產(chǎn)生的軟化現(xiàn)象較為明顯[3]。而新日鐵對于這些問題都進行深入研究，通過向C-Si-Mn一類型的鋼材當(dāng)中加入微量的Nb，來有效的改善鋼板的延伸性以及焊接熱影響的壁厚。在加熱的時候要保持溫度在1100℃之上，在完成軋制進行焊接的時候，通過再加熱析出硬化來抑制軟化現(xiàn)象。在降低溫度時奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的過程當(dāng)中鐵素體會生成核從而有效的幫助鐵素體的晶粒細化，從而提升鋼板的延伸性。精軋的前三次最少都需要40%以上的高壓下率，盡可能增加再結(jié)晶的次數(shù)，在軋制之后的雙相共存區(qū)要以45-100C/s的速度進行冷卻，當(dāng)冷卻到300-500℃的時候最容易得到合適的鐵素體和貝氏體雙向組織.通過這種方法可以獲得多邊形的細小鐵素體晶粒以及貝氏體雙相組織的鋼板，可以極大的提升鋼材的強度，增強鋼板的延伸性。

四、小結(jié)

對于鋼板的軋制生產(chǎn)的研究，在鋼材的生產(chǎn)活動當(dāng)中具有極大的意義，通過不斷提升軋制技術(shù)的水平，有效的提升鋼板的延伸性、強度、沖擊性，提升我國的鋼材性能，提升鋼板在市場競爭能力。

【參考文獻】

[1]熱軋鋼板、熱軋鋼板的生產(chǎn)裝置和熱軋鋼板的生產(chǎn)方法[J]. 柳鋼科技. 2014（02）

[2]鋼材性能柔性化與柔性軋制技術(shù)[J]. 劉相華，王國棟，杜林秀，劉振宇.鋼鐵. 2006（11）

[3]高強度鋼板熱沖壓材料性能研究及在車身設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 馬寧，申國哲，張宗華，孫宏圖，胡平.機械工程學(xué)報. 2011（08）

[4]我國軋鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展與節(jié)能降耗研究[J]. 趙如意.科技視界. 2014（25）