2024年10月20日发(作者：子车焱)
M
u
对高Ti低合金高强度钢
Q335B
组织性能影响
DOI:10.3969/.l006-110X.2021.03.010
Mn
对高
Ti
低合金高强度钢
Q355B
组织性能影响
张志坚
，
杨鹏辉
，
李
帅
，
李盛豹
，
王东凯
(日照钢铁控股集团有限公司
，
山东
276906)
［
摘
要
］
基于外贸岀口低合金高强度结构钢退税元素的要求,
Ti
元素含量要求不小于
0.05%
。
为满足退税要
求
，
降低岀口低合金高强度结构钢生产成本，
当
Ti
元素含量设置为
0.255
-
0.277%
时,在不同
M
u
含量组成体系和
终轧温度体系下
，
对
8
〜
17
mm
厚岀口低合金高强度结构钢的微观结构和性能进行分析
。
经过
6
次不同的工艺设定
试验
，
结果显示
，
M
u
含量在
0.33
〜
0.25%.
精轧终轧温度
830
t
、
卷取温度
600
t
设定下
，
高钛低合金
Q335B
可获
得最优的力学组织性能
。
［
关键词
］
Mn
合金
；卜贸出口低合金钢
；
组织性能
；
终轧温度
Effect
of
Mn
on
microstructure
and
properties
of
high
Ti
low
alloy
high
strength
steel
Q355B
ZHANG
Zhi-jian
,
YANG
Peng-hui
,
LI
Shuai
,
LI
Sheng-bao
and
WANG
Dong-kai
(Rizhco
SteC
Holding
Gnop
Co.,
Ltd.,
SHANDONG
276806
)
Abstract
BaseC
on
tdc
recuiremecl
of
Cement
tcx
refund
fOr
foreing
tranc
cpoio
low
alloy
high
strecgtd
strpctprat
steet
,
Tz
elemect
coytect
cqpcmects
nvt
less
tdan
0.05%.
I
f
orece
d
med
tdc
demang
of
tax
refung
,
decreass
tde
proycctioy
coss
of
export
low
alloy
high
strecgtd
strcctcrat
steet
,
in
tde
coynitioy
tdat
Tz
nUment
cobtent
is
sd
at
0.252
〜
0.275%,
the
microstrncture
and
proberties
of
8
〜
12
mm
thicC
export
low
alloy
high
strecgtd
strcctcrat
steC
are
analyzeC
unnec
diflereci
M
u
cobtect
compositiob
system
cd
diflerecl
finishing
rolling
temperature
system.
After
sic
differecl
process
setup
tests
,
tde
reshlts
show
that
tde
obdmat
mecCanicat
proberties
of
high
titanium
ang
low
toy
Q355B
ccn
beby
setting
tde
Mu
cobtect
at
055
〜
0.29%,
finishing
rolling
temperature
830
t
,
and
coiling
temperature
600
t.
Key
words
mangauess
XUy,fbCgu
trale
expoe
low
toy
steet,
microstmcture
and
proberties,
finish-rolling
temperature
0
引言
某钢铁公司外贸出口低合金钢年销量在
50
万
吨以上
，
在外贸出口产品中占有较高比例
。
为满足
国家进出口退税要求
，
综合考虑合金强化机理及退
税合金元素市场价格
，
在满足低合金
Q355B
钢组织
Mn
含量及精轧终轧温度下
,
Mn-Ti
复合微合金的成
分设计
,
组织及力学性能优化
，
以获得最优的低合
金结构钢
Q355B
的成分设计及生产工艺
。
1
Mn
、
Ti
微合金元素对低合金结构钢性能的影响
1.1
Mn
合金元素对低合金结构钢性能的影响
在低合金高强度钢中
Mn
是重要的合金强化元
素
，
对组织和力学性能有着很大的影响
。
在
P
、
S
含
量较低的含锰低合金钢中
，
带状组织主要是锰的枝
及力学性能要求前提下
，
开发出高
Ti
（
质量分数
！
0.05%
）
低合金
Q355B
钢
,
既大幅降低了外贸出口
产品的生产成本
，
也提升了外贸出口低合金钢的竞
争力
。
本文主要研究了
Ti
含量在
0.05%
以上,不同的
收稿日期
：
2021-03-05
状偏析与碳的相互作用导致的叫铸坯以枝状结晶
的形式凝固
，
所以枝间锰含量较高
,
枝内锰含量较
低
，
造成铸坯内的枝间和枝内的原始偏析
；
2
＜
。
不同的
作者简介:
张志坚
（
198
—
）
,
工程师
，
大学本科
，
现从事日照钢铁
锰含量影响不同区域的奥氏体向铁素体转变的
Ar3
温度
，
在轧钢加热
、
冷却过程中
，
碳会从枝间向枝内
控股集团有限公司一贯制管理工作
。
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
-
33
-
扩散
,
在枝间形成珠光体
，
在枝内形成铁素体
，
从而
在钢板厚度中间位置形成铁素体
/
珠光体带状组织冈
。
降低锰含量可以减少铸坯的原始偏析
，
明显改善偏
将和
C
结合形成
TiC
,
细小弥散的
TiC
粒子可阻止
位错的运动,起到沉淀强化的作用
。
2
试验材料及试验方案
析造成的带状组织
，
同时减少锰合金用量可显著降
低成本
。
2.1
试验材料成分设计
根据某钢厂现有低合金结构钢成分及生产工
1.2
Ti
合金元素对低合金结构钢性能的影响
艺
,
设计高
T
（
质量分数
0.052%
~
0.075%
）
成分下降
低
Mn
含量的合金体系,成分体系如表
1
所示
。
因
Ti
元素化学性质较为活泼
。
据参考文献介
绍
：
当低合金钢中
Ti
含量不大于
0.045%
时,钢的屈
服强度随着
Ti
含量增加缓慢上升,
Ti
在钢中主要与
"N
］
、"
O
］
、
⑸等元素结合成尺寸较大且稳定的化合物
成分体系中
［
N
］
!
0.006%,
实际生产中控制⑸
!
0.010%
时
，
依据周建等有效钛
（
Ti
：
）
与全钛
（
⑪
讪
）
、
氮
、
硫和固溶钛
（
Tis
）
的关系公式
：
"TiN
］
、
［
Ti
-
C
'
S
'
］
,
在连铸板坯加热过程中
［
TiN
］
可有效
w
（
T
i
E£f
）
=w
（
Ti
Total
）
-3.4w
（
N
）
-3w
（
S
）
-w
（
Tis
）
式中:
⑪
班为有效钛质量分数
,T
）
t
嗣为全钛质量分
钉扎在奥氏体晶界,阻止奥氏体晶粒长大
［
4
］
,
Ti
主要
起细晶强化的作用
。
当
Ti
含量大于
0.045%
而小于
数
,Tis
为固溶钛质量分数
，
固溶钛
（
Tis
）
质量分数按
0.005%
计算叫可起到沉淀强化的有效
Ti
约
0.003
~
0.020%
。
质量分数
/%
0.098%
时
，
钢的屈服强度随
Ti
含量增加呈线性递增
趋势
［
5
］
,
高温时生成的
"
TiN
］
消耗部分
Ti
，
钢中剩余
Ti
表
1
试验材料成分体系
序号
C
现成分
St
Mg
P
S
Ait
0202-020
0202-020
0202-020
Ti
0.230-0.250
N
0.1-0.16
0.1-0.16
0.1-0.16
0.1-0.22
0.1-0.22
0.1-0.22
0260-0270
0245-0255
00.035
00.035
00.233
00.233
00.233
00.233
002006
002006
002006
成分
1
成分
2
0202-0207
0202-0207
0.33
-
0.45
2.2
试验材料准备
2150
热轧线主要设备包括
：
3
座步进梁式加热
炉,两架四辊可逆粗轧机
R1
、
R2,
中间坯卷取的热卷
铁水经过
120
t
转炉
、
LF
炉冶炼后
，
经板坯连
铸机浇铸成
207
mm
厚度板坯
。
207
mm
板坯加热至
1
210
"
,
保温后经
2150
热轧生产线轧制成
8
~
12
mm
厚的高钛低合金结构钢板
。
箱
,7
架长行程
、
AGC
液压压下
、
带窜辊和正弯辊板
形控制系统的四辊精轧机组
，
层流冷却设施
,3
台地
下卷取机问
。
热轧
2150
线生产工艺路线如图
1
所示
。
粗轧
R1.
―
>
粗轧
R2.
—
>
保温罩"一
9
中何坯卷取.
图
1
热轧
2150
线生产工线
2.3
试验方案
序号
温度
1
温度
2
表
2
工艺温度控制制度
2.3.1
实验步骤
精轧终轧温度
/T
00
卷取温度
/T
2150
热轧线采取不同的精轧终轧温度
（
如表
CN
O
CN
600
600
600
2
）
轧制试验材料;通过不同批次的试验
，
获得高钛
低合金钢组织及力学性能
；
通过分析力学性能
，
获
SB
。
010
温度
3
得最优的成分体系及工艺制度
。
2.3.2
试样制备
体系
、
不同温度工艺制度下
，
屈服强度
、
抗拉强度
、
延伸率及冲击波动范围
。
拉伸
、
冷弯试样采用横向
依据
《
GB/T1591-2018
低合金高强度结构钢
》中
力学性能及工艺性能要求
，
在两种不同的工艺温度
控制下
,
分别取样检验力学性能
,
分析在不同成分
取样
,
冲击试验取纵向试样
。
3
试验结果及分析
3.1
Mn
含量
、
终轧温度对力学性能影响
-
34
-
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
Mu
对高
T
i
低合金高强度钢
Q335B
组织性能影响
采用成分
1
中
Mn
含量
0.45%
~
0.55%
,
精轧终
轧温度分别选择
850,830,810
"
时
，
试验结果如表
抗拉强度均有明显降低
，
工艺
4
断后伸长率余量不
多,容易出现低于标准的情况
。
通过由表
3
、
表
4
综合分析
，
工艺
5
在
Mn
含量
3
所示
。
在
Mn
含量
0.45%
~
0.55%
范围内
，
屈服强度和
抗拉强度较高
，
富余量较大
，
存在抗拉强度超出控
制标准上限的现象
。
采用成分
2
中
Mn
含量
0.35%
~
0.45%
，
精轧终
0.35%
~
0.45%
,
精轧终轧温度控制在
830
"
,
卷取温
度
600
"
下,综合力学性能较好
。
3.2
金相组织分析
3.2.1
不同工艺下金相组织结果
轧温度分别选择
850,830,810
"
时,试验结果如表
4
所示
。
在
Mn
含量
0.35%
~
0.45%
范围内
，
屈服强度和
项目
标准要求
工艺
1
工艺
2
工艺
3
对不同工艺下试样进行
SEM
检测金相组织
,
在
500
倍下基体组织均为珠光体
+
铁素体
,
心部均有少
量氮化物分布
。
断后伸长率
/%
M22
表
3
采用成分
1
不同终轧温度下的力学性能
终轧温度
/%
/
810
830
850
屈服强度
/MPc
抗拉强度
/MPc
470
〜
930
578
579
屈强比
22t
冲击功
/J
M34
M355
485
484
/
0283
0283
2322
2529
2626
19
152
477
575
0282
157
表
4
采用成分
2
不同终轧温度下的力学性能
项目
标准要求
工艺
4
工艺
5
工艺
6
终轧温度
/%
/
810
830
850
屈服强度
/MPc
抗拉强度
/MPc
470
〜
630
屈强比
断后伸长率
/%
20
2125
242
25t
冲击功
/J
M355
/
0283
0283
0283
34
105
467
454
442
561
550
530
134
2528
166
图
2
~
4
所示为工艺
1
~
3
的表面
、
心部及氮化物
金相组织
;
图
2
所示为工艺
1
晶粒度
,
表面
12.0
级
,
12.0
级
，
心部
11.0级
，
图
4
所示为工艺
3
晶粒度
，
表
面
11.0
级
，
心部
10.5
级
。
心部均存在氮化物
，
尺寸
8
~
9
⑷
。
心部
10.5
级;图3
所示为工艺
2
晶粒度
，
表面
11.0
~
（
2
）
表面
（b）
心部
图
2
工艺
1
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
C
）
氮化物
（
2
）
表面
（b）
心部
图
3
工艺
2
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
C
）
氮化物
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
图
5
~
7
所示为工艺
4
~
6
的表面
、
心部及氮化物
金相组织
；
图
5
所示为工艺
4
晶粒度
，
表面
10.5
-
12.0
级
，
心部
11.0
级;图
6
所示为工艺
5
晶粒度
，
表
粒度均匀性较好
，
高温
850
"
珠光体减少
。
试验结果证明在不同的工艺制度下
，
金相组
织均存在氮化物
，
尺寸在
8
-
9
!
，
,
因
Ti
含量
（
Ti
质量分数
0.052%
-
0.075%
）
超过了
TiN
理想化学
配比
[4]
,
Ti
在低合金
Q355B
钢中主要起沉淀强化作
用
。
在较低的
810
"
精轧终轧温度下
，
在奥氏体发
面
11.5
级
，
心部
11.0
级
；
图
7
所示为工艺
6
晶粒
度
，
表面
10.5
-
11.5
级
，
心部
10.0
级
。
心部均存在氮
化物
。
3.2.2
不同工艺对金相组织的影响
锰含量降低后金相组织中珠光体含量减少
,
表
生相变前
,TiN
的析出可以抑制奥氏体长大
，
所以
低的终轧温度可以细化转变后铁素体的晶粒
。
在
面及心部晶粒度均在
10.0
级以上
，
两种成分体系下
均未有明显的带状组织
。
低温
810
"
终轧情况下
，
晶
相同成分设计下
，
低的精轧终轧温度屈服
、
抗拉强
度更高
，
在成分
1
、
Mn
含量在
0.45%
~
0.55%
下
，
试
（
7
）
表面
（
8
）
心部
图
4
工艺
3
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
9
）
氮化物
（
7
）
表面
（8
）
心部
（
C
）
氮化物
00
CN
O
CM
（
7
）
表面
（8
）
心部
图
7
工艺
6
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
9
）
氮化物
-
36
-
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
Mu
对高
T
i
低合金高强度钢
Q335B
组织性能影响
验结果存在抗拉强度超国标上限现象存在
，
力学
性能富余量较大
。
终轧温度控制在
830
"
，
卷取温度控制
600
"
，
高
Ti
低合金力学性能控制最为稳定
,
性能波动小
,
金相
降低成分体系中
Mn
含量至
0.35%
~
0.45%,Mn
的固溶强化作用进一步减弱
,
带状组织进一步优化
(如图
5
~
7
所示
)
，
屈服强度较
Mn
质量分数
0.45%
~
组织检验晶粒度均匀稳定
,
并且比原低合金成分体
系体系降低成本
30
元
/
吨
。
参考文献
1
刘国勋，
关卓明
,NotisMR,
等•低碳锰钢中周期性带状组织
J
北
0.55%
降低约
20
MPa
。
综合分析
，
工艺
5
的组织和性
能指标较为理想
。
4
结语
为降低出口低合金高强度结构钢生产成本
，
本
文研究了
Ti
含量为
0.052
~
0.075%
时
，
不同
Mn
含量
和终轧温度对低合金高强度结构钢的微观结构和
京科技大学学报
,1753,15(1
)
：
67-72.
1
Johu
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microsegreeatioc indcceC
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性能的影响
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1
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，
毛新平,霍向东
.Ti
对钢的组织性能的影响
1
胎金丛刊
，
轧制工艺
。
(
1
)
低合金高强度结构钢
Q355B
中加入
0.052
~
0.075%
的
Ti,Ti
的强化机理主要为沉淀强化
，
精轧
终轧温度的降低有利于提高强度
。
2005,1:1-8.
1
毛新平
,
孙新军
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康永林
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ti
微合金化钢的物
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张志坚
,
戴德胜
,
李强刚
,
等
.25
mm
厚规格
Q420MB
生产工艺实
(
2
)
Mn质量分数由
0.45
~
0.55%
降低至
0.35
~
践
J
南方金属
，
2022.(235):33-36.
1
周建
，
康永林,毛新平
，
等
.Ti
对高强耐候钢力学性能的影响
1
•北
0.45%
,
试验检测结果表明屈服强度降低约
20
MPa
。
(
3
)
在本试验中
Mn
的质量分数为
0.35
~
0.45%
,
京科技大学学报，
2006
，
28(10)1926-9302
(
上接第
32
页
)
材料在
890
~
900
"
淬火水冷
、
550
~
560
"
回火
温
Akv
介于
25
~
35
J
,
强度介于
1
046
~
1
082
MPa
,
材料综合性能可以满足零件技术要求
,
但是综合力
学性能富余量不大
。
水冷的热处理工艺下
,
综合力学性能稳定
,
低温
Akv
大于
40
J,
强度大于
1
100
MPa,
满足风电用高强螺
栓的力学性能要求
。
采用微合金
Ti
处理的样品可以
适用更高的淬火温度而不使晶粒长大
，
可以获得更
(
3
)
采用微合金
Ti
处理的样品可以适用于更高
的淬火加热温度而不使晶粒长大
，
可以获得更高强
度
、
更优的低温冲击韧性
。
材料在
890
~
900
"
淬火
/
水冷
、
550
~
560
"
回火
/
水冷的热处理工艺下
，
综合
力学性能最优
，
低温
Akv
大于
40
J,
强度大于
1
100
高强度
、
更优的低温冲击韧性
。
3
结语
(
1
)
通过对
GB/T3077
中
42CrMoA
材料热处理
MPa
,
满足风电用高强螺栓的力学性能要求
。
参考文献
1
GB/T
3077-2215.
合金结构钢
1.
工艺进行研究
,890
"
淬火
、
550
~
560
"
回火的热处
理工艺下综合力学性能最优
，
低温
Akv
介于
25
~
28
J,
强度介于
1
021
~
1
057
MPa
,
但是材料综合性能无
法满足零件技术要求
。
(
2
)
适当提高合金元素
Mn
含量的优化设计样
⑵
张先鸣•风电机组上紧固件用的
B7
钢材料
J
热处理技术与装
备
,2010,31(2):15.
1
王明礼
，
王建
，
王丽霞
.42CrMo
钢冶金质量和纤维组织对低温冲
击功的影响
J
轴承,2009,12.
品
2,
通过采用
870
~
890
"
淬火
/
水冷
+550
~
560
"
回
火
/
水冷热处理工艺下，
综合力学性能有所提高
，
低
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
-
37
-
2024年10月20日发(作者：子车焱)
M
u
对高Ti低合金高强度钢
Q335B
组织性能影响
DOI:10.3969/.l006-110X.2021.03.010
Mn
对高
Ti
低合金高强度钢
Q355B
组织性能影响
张志坚
，
杨鹏辉
，
李
帅
，
李盛豹
，
王东凯
(日照钢铁控股集团有限公司
，
山东
276906)
［
摘
要
］
基于外贸岀口低合金高强度结构钢退税元素的要求,
Ti
元素含量要求不小于
0.05%
。
为满足退税要
求
，
降低岀口低合金高强度结构钢生产成本，
当
Ti
元素含量设置为
0.255
-
0.277%
时,在不同
M
u
含量组成体系和
终轧温度体系下
，
对
8
〜
17
mm
厚岀口低合金高强度结构钢的微观结构和性能进行分析
。
经过
6
次不同的工艺设定
试验
，
结果显示
，
M
u
含量在
0.33
〜
0.25%.
精轧终轧温度
830
t
、
卷取温度
600
t
设定下
，
高钛低合金
Q335B
可获
得最优的力学组织性能
。
［
关键词
］
Mn
合金
；卜贸出口低合金钢
；
组织性能
；
终轧温度
Effect
of
Mn
on
microstructure
and
properties
of
high
Ti
low
alloy
high
strength
steel
Q355B
ZHANG
Zhi-jian
,
YANG
Peng-hui
,
LI
Shuai
,
LI
Sheng-bao
and
WANG
Dong-kai
(Rizhco
SteC
Holding
Gnop
Co.,
Ltd.,
SHANDONG
276806
)
Abstract
BaseC
on
tdc
recuiremecl
of
Cement
tcx
refund
fOr
foreing
tranc
cpoio
low
alloy
high
strecgtd
strpctprat
steet
,
Tz
elemect
coytect
cqpcmects
nvt
less
tdan
0.05%.
I
f
orece
d
med
tdc
demang
of
tax
refung
,
decreass
tde
proycctioy
coss
of
export
low
alloy
high
strecgtd
strcctcrat
steet
,
in
tde
coynitioy
tdat
Tz
nUment
cobtent
is
sd
at
0.252
〜
0.275%,
the
microstrncture
and
proberties
of
8
〜
12
mm
thicC
export
low
alloy
high
strecgtd
strcctcrat
steC
are
analyzeC
unnec
diflereci
M
u
cobtect
compositiob
system
cd
diflerecl
finishing
rolling
temperature
system.
After
sic
differecl
process
setup
tests
,
tde
reshlts
show
that
tde
obdmat
mecCanicat
proberties
of
high
titanium
ang
low
toy
Q355B
ccn
beby
setting
tde
Mu
cobtect
at
055
〜
0.29%,
finishing
rolling
temperature
830
t
,
and
coiling
temperature
600
t.
Key
words
mangauess
XUy,fbCgu
trale
expoe
low
toy
steet,
microstmcture
and
proberties,
finish-rolling
temperature
0
引言
某钢铁公司外贸出口低合金钢年销量在
50
万
吨以上
，
在外贸出口产品中占有较高比例
。
为满足
国家进出口退税要求
，
综合考虑合金强化机理及退
税合金元素市场价格
，
在满足低合金
Q355B
钢组织
Mn
含量及精轧终轧温度下
,
Mn-Ti
复合微合金的成
分设计
,
组织及力学性能优化
，
以获得最优的低合
金结构钢
Q355B
的成分设计及生产工艺
。
1
Mn
、
Ti
微合金元素对低合金结构钢性能的影响
1.1
Mn
合金元素对低合金结构钢性能的影响
在低合金高强度钢中
Mn
是重要的合金强化元
素
，
对组织和力学性能有着很大的影响
。
在
P
、
S
含
量较低的含锰低合金钢中
，
带状组织主要是锰的枝
及力学性能要求前提下
，
开发出高
Ti
（
质量分数
！
0.05%
）
低合金
Q355B
钢
,
既大幅降低了外贸出口
产品的生产成本
，
也提升了外贸出口低合金钢的竞
争力
。
本文主要研究了
Ti
含量在
0.05%
以上,不同的
收稿日期
：
2021-03-05
状偏析与碳的相互作用导致的叫铸坯以枝状结晶
的形式凝固
，
所以枝间锰含量较高
,
枝内锰含量较
低
，
造成铸坯内的枝间和枝内的原始偏析
；
2
＜
。
不同的
作者简介:
张志坚
（
198
—
）
,
工程师
，
大学本科
，
现从事日照钢铁
锰含量影响不同区域的奥氏体向铁素体转变的
Ar3
温度
，
在轧钢加热
、
冷却过程中
，
碳会从枝间向枝内
控股集团有限公司一贯制管理工作
。
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
-
33
-
扩散
,
在枝间形成珠光体
，
在枝内形成铁素体
，
从而
在钢板厚度中间位置形成铁素体
/
珠光体带状组织冈
。
降低锰含量可以减少铸坯的原始偏析
，
明显改善偏
将和
C
结合形成
TiC
,
细小弥散的
TiC
粒子可阻止
位错的运动,起到沉淀强化的作用
。
2
试验材料及试验方案
析造成的带状组织
，
同时减少锰合金用量可显著降
低成本
。
2.1
试验材料成分设计
根据某钢厂现有低合金结构钢成分及生产工
1.2
Ti
合金元素对低合金结构钢性能的影响
艺
,
设计高
T
（
质量分数
0.052%
~
0.075%
）
成分下降
低
Mn
含量的合金体系,成分体系如表
1
所示
。
因
Ti
元素化学性质较为活泼
。
据参考文献介
绍
：
当低合金钢中
Ti
含量不大于
0.045%
时,钢的屈
服强度随着
Ti
含量增加缓慢上升,
Ti
在钢中主要与
"N
］
、"
O
］
、
⑸等元素结合成尺寸较大且稳定的化合物
成分体系中
［
N
］
!
0.006%,
实际生产中控制⑸
!
0.010%
时
，
依据周建等有效钛
（
Ti
：
）
与全钛
（
⑪
讪
）
、
氮
、
硫和固溶钛
（
Tis
）
的关系公式
：
"TiN
］
、
［
Ti
-
C
'
S
'
］
,
在连铸板坯加热过程中
［
TiN
］
可有效
w
（
T
i
E£f
）
=w
（
Ti
Total
）
-3.4w
（
N
）
-3w
（
S
）
-w
（
Tis
）
式中:
⑪
班为有效钛质量分数
,T
）
t
嗣为全钛质量分
钉扎在奥氏体晶界,阻止奥氏体晶粒长大
［
4
］
,
Ti
主要
起细晶强化的作用
。
当
Ti
含量大于
0.045%
而小于
数
,Tis
为固溶钛质量分数
，
固溶钛
（
Tis
）
质量分数按
0.005%
计算叫可起到沉淀强化的有效
Ti
约
0.003
~
0.020%
。
质量分数
/%
0.098%
时
，
钢的屈服强度随
Ti
含量增加呈线性递增
趋势
［
5
］
,
高温时生成的
"
TiN
］
消耗部分
Ti
，
钢中剩余
Ti
表
1
试验材料成分体系
序号
C
现成分
St
Mg
P
S
Ait
0202-020
0202-020
0202-020
Ti
0.230-0.250
N
0.1-0.16
0.1-0.16
0.1-0.16
0.1-0.22
0.1-0.22
0.1-0.22
0260-0270
0245-0255
00.035
00.035
00.233
00.233
00.233
00.233
002006
002006
002006
成分
1
成分
2
0202-0207
0202-0207
0.33
-
0.45
2.2
试验材料准备
2150
热轧线主要设备包括
：
3
座步进梁式加热
炉,两架四辊可逆粗轧机
R1
、
R2,
中间坯卷取的热卷
铁水经过
120
t
转炉
、
LF
炉冶炼后
，
经板坯连
铸机浇铸成
207
mm
厚度板坯
。
207
mm
板坯加热至
1
210
"
,
保温后经
2150
热轧生产线轧制成
8
~
12
mm
厚的高钛低合金结构钢板
。
箱
,7
架长行程
、
AGC
液压压下
、
带窜辊和正弯辊板
形控制系统的四辊精轧机组
，
层流冷却设施
,3
台地
下卷取机问
。
热轧
2150
线生产工艺路线如图
1
所示
。
粗轧
R1.
―
>
粗轧
R2.
—
>
保温罩"一
9
中何坯卷取.
图
1
热轧
2150
线生产工线
2.3
试验方案
序号
温度
1
温度
2
表
2
工艺温度控制制度
2.3.1
实验步骤
精轧终轧温度
/T
00
卷取温度
/T
2150
热轧线采取不同的精轧终轧温度
（
如表
CN
O
CN
600
600
600
2
）
轧制试验材料;通过不同批次的试验
，
获得高钛
低合金钢组织及力学性能
；
通过分析力学性能
，
获
SB
。
010
温度
3
得最优的成分体系及工艺制度
。
2.3.2
试样制备
体系
、
不同温度工艺制度下
，
屈服强度
、
抗拉强度
、
延伸率及冲击波动范围
。
拉伸
、
冷弯试样采用横向
依据
《
GB/T1591-2018
低合金高强度结构钢
》中
力学性能及工艺性能要求
，
在两种不同的工艺温度
控制下
,
分别取样检验力学性能
,
分析在不同成分
取样
,
冲击试验取纵向试样
。
3
试验结果及分析
3.1
Mn
含量
、
终轧温度对力学性能影响
-
34
-
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
Mu
对高
T
i
低合金高强度钢
Q335B
组织性能影响
采用成分
1
中
Mn
含量
0.45%
~
0.55%
,
精轧终
轧温度分别选择
850,830,810
"
时
，
试验结果如表
抗拉强度均有明显降低
，
工艺
4
断后伸长率余量不
多,容易出现低于标准的情况
。
通过由表
3
、
表
4
综合分析
，
工艺
5
在
Mn
含量
3
所示
。
在
Mn
含量
0.45%
~
0.55%
范围内
，
屈服强度和
抗拉强度较高
，
富余量较大
，
存在抗拉强度超出控
制标准上限的现象
。
采用成分
2
中
Mn
含量
0.35%
~
0.45%
，
精轧终
0.35%
~
0.45%
,
精轧终轧温度控制在
830
"
,
卷取温
度
600
"
下,综合力学性能较好
。
3.2
金相组织分析
3.2.1
不同工艺下金相组织结果
轧温度分别选择
850,830,810
"
时,试验结果如表
4
所示
。
在
Mn
含量
0.35%
~
0.45%
范围内
，
屈服强度和
项目
标准要求
工艺
1
工艺
2
工艺
3
对不同工艺下试样进行
SEM
检测金相组织
,
在
500
倍下基体组织均为珠光体
+
铁素体
,
心部均有少
量氮化物分布
。
断后伸长率
/%
M22
表
3
采用成分
1
不同终轧温度下的力学性能
终轧温度
/%
/
810
830
850
屈服强度
/MPc
抗拉强度
/MPc
470
〜
930
578
579
屈强比
22t
冲击功
/J
M34
M355
485
484
/
0283
0283
2322
2529
2626
19
152
477
575
0282
157
表
4
采用成分
2
不同终轧温度下的力学性能
项目
标准要求
工艺
4
工艺
5
工艺
6
终轧温度
/%
/
810
830
850
屈服强度
/MPc
抗拉强度
/MPc
470
〜
630
屈强比
断后伸长率
/%
20
2125
242
25t
冲击功
/J
M355
/
0283
0283
0283
34
105
467
454
442
561
550
530
134
2528
166
图
2
~
4
所示为工艺
1
~
3
的表面
、
心部及氮化物
金相组织
;
图
2
所示为工艺
1
晶粒度
,
表面
12.0
级
,
12.0
级
，
心部
11.0级
，
图
4
所示为工艺
3
晶粒度
，
表
面
11.0
级
，
心部
10.5
级
。
心部均存在氮化物
，
尺寸
8
~
9
⑷
。
心部
10.5
级;图3
所示为工艺
2
晶粒度
，
表面
11.0
~
（
2
）
表面
（b）
心部
图
2
工艺
1
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
C
）
氮化物
（
2
）
表面
（b）
心部
图
3
工艺
2
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
C
）
氮化物
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
图
5
~
7
所示为工艺
4
~
6
的表面
、
心部及氮化物
金相组织
；
图
5
所示为工艺
4
晶粒度
，
表面
10.5
-
12.0
级
，
心部
11.0
级;图
6
所示为工艺
5
晶粒度
，
表
粒度均匀性较好
，
高温
850
"
珠光体减少
。
试验结果证明在不同的工艺制度下
，
金相组
织均存在氮化物
，
尺寸在
8
-
9
!
，
,
因
Ti
含量
（
Ti
质量分数
0.052%
-
0.075%
）
超过了
TiN
理想化学
配比
[4]
,
Ti
在低合金
Q355B
钢中主要起沉淀强化作
用
。
在较低的
810
"
精轧终轧温度下
，
在奥氏体发
面
11.5
级
，
心部
11.0
级
；
图
7
所示为工艺
6
晶粒
度
，
表面
10.5
-
11.5
级
，
心部
10.0
级
。
心部均存在氮
化物
。
3.2.2
不同工艺对金相组织的影响
锰含量降低后金相组织中珠光体含量减少
,
表
生相变前
,TiN
的析出可以抑制奥氏体长大
，
所以
低的终轧温度可以细化转变后铁素体的晶粒
。
在
面及心部晶粒度均在
10.0
级以上
，
两种成分体系下
均未有明显的带状组织
。
低温
810
"
终轧情况下
，
晶
相同成分设计下
，
低的精轧终轧温度屈服
、
抗拉强
度更高
，
在成分
1
、
Mn
含量在
0.45%
~
0.55%
下
，
试
（
7
）
表面
（
8
）
心部
图
4
工艺
3
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
9
）
氮化物
（
7
）
表面
（8
）
心部
（
C
）
氮化物
00
CN
O
CM
（
7
）
表面
（8
）
心部
图
7
工艺
6
表面
、
心部及氮化物金相组织
（
500
倍
）
（
9
）
氮化物
-
36
-
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
Mu
对高
T
i
低合金高强度钢
Q335B
组织性能影响
验结果存在抗拉强度超国标上限现象存在
，
力学
性能富余量较大
。
终轧温度控制在
830
"
，
卷取温度控制
600
"
，
高
Ti
低合金力学性能控制最为稳定
,
性能波动小
,
金相
降低成分体系中
Mn
含量至
0.35%
~
0.45%,Mn
的固溶强化作用进一步减弱
,
带状组织进一步优化
(如图
5
~
7
所示
)
，
屈服强度较
Mn
质量分数
0.45%
~
组织检验晶粒度均匀稳定
,
并且比原低合金成分体
系体系降低成本
30
元
/
吨
。
参考文献
1
刘国勋，
关卓明
,NotisMR,
等•低碳锰钢中周期性带状组织
J
北
0.55%
降低约
20
MPa
。
综合分析
，
工艺
5
的组织和性
能指标较为理想
。
4
结语
为降低出口低合金高强度结构钢生产成本
，
本
文研究了
Ti
含量为
0.052
~
0.075%
时
，
不同
Mn
含量
和终轧温度对低合金高强度结构钢的微观结构和
京科技大学学报
,1753,15(1
)
：
67-72.
1
Johu
D
Verhoneveu.
A
review
of
microsegreeatioc indcceC
banding
phenomenc
in
steeds
[J].
Journal
of
Materiais
Engiueering
and
卩©^^—
maucc
c
2200,9(
3
)48.
1
龙明建，
王自荣,张丽秦
,
等•低碳高锰热轧带钢带状组织控制实
性能的影响
，
并通过实验确定了最佳的成分及生产
践
J
轧钢
，
2015.(32):84-87.
1
谢利群
，
毛新平,霍向东
.Ti
对钢的组织性能的影响
1
胎金丛刊
，
轧制工艺
。
(
1
)
低合金高强度结构钢
Q355B
中加入
0.052
~
0.075%
的
Ti,Ti
的强化机理主要为沉淀强化
，
精轧
终轧温度的降低有利于提高强度
。
2005,1:1-8.
1
毛新平
,
孙新军
，
康永林
，
等•薄板坯连铸连轧
ti
微合金化钢的物
理冶金学特征
1
•金属学报,2006,42(
10):1091-1095.
1
张志坚
,
戴德胜
,
李强刚
,
等
.25
mm
厚规格
Q420MB
生产工艺实
(
2
)
Mn质量分数由
0.45
~
0.55%
降低至
0.35
~
践
J
南方金属
，
2022.(235):33-36.
1
周建
，
康永林,毛新平
，
等
.Ti
对高强耐候钢力学性能的影响
1
•北
0.45%
,
试验检测结果表明屈服强度降低约
20
MPa
。
(
3
)
在本试验中
Mn
的质量分数为
0.35
~
0.45%
,
京科技大学学报，
2006
，
28(10)1926-9302
(
上接第
32
页
)
材料在
890
~
900
"
淬火水冷
、
550
~
560
"
回火
温
Akv
介于
25
~
35
J
,
强度介于
1
046
~
1
082
MPa
,
材料综合性能可以满足零件技术要求
,
但是综合力
学性能富余量不大
。
水冷的热处理工艺下
,
综合力学性能稳定
,
低温
Akv
大于
40
J,
强度大于
1
100
MPa,
满足风电用高强螺
栓的力学性能要求
。
采用微合金
Ti
处理的样品可以
适用更高的淬火温度而不使晶粒长大
，
可以获得更
(
3
)
采用微合金
Ti
处理的样品可以适用于更高
的淬火加热温度而不使晶粒长大
，
可以获得更高强
度
、
更优的低温冲击韧性
。
材料在
890
~
900
"
淬火
/
水冷
、
550
~
560
"
回火
/
水冷的热处理工艺下
，
综合
力学性能最优
，
低温
Akv
大于
40
J,
强度大于
1
100
高强度
、
更优的低温冲击韧性
。
3
结语
(
1
)
通过对
GB/T3077
中
42CrMoA
材料热处理
MPa
,
满足风电用高强螺栓的力学性能要求
。
参考文献
1
GB/T
3077-2215.
合金结构钢
1.
工艺进行研究
,890
"
淬火
、
550
~
560
"
回火的热处
理工艺下综合力学性能最优
，
低温
Akv
介于
25
~
28
J,
强度介于
1
021
~
1
057
MPa
,
但是材料综合性能无
法满足零件技术要求
。
(
2
)
适当提高合金元素
Mn
含量的优化设计样
⑵
张先鸣•风电机组上紧固件用的
B7
钢材料
J
热处理技术与装
备
,2010,31(2):15.
1
王明礼
，
王建
，
王丽霞
.42CrMo
钢冶金质量和纤维组织对低温冲
击功的影响
J
轴承,2009,12.
品
2,
通过采用
870
~
890
"
淬火
/
水冷
+550
~
560
"
回
火
/
水冷热处理工艺下，
综合力学性能有所提高
，
低
心
〈
金属材料及热处理
〉
心
-
37
-