最新JFE开发550和610Mpa高强度钢板新工艺.docx
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最新JFE开发550和610Mpa高强度钢板新工艺
JFE开发550和610Mpa高强度钢板新工艺
由碳化物形态控制技术生产的罐槽、压力容器用
具有极好韧性的550和610Mpa高强度钢板
摘要：
JFE已开发了550和610Mpa高强度钢板，应用了最新在线热处理技术，具有极好的韧性和焊接性。
钢板的超级性能和焊接性在于采用了以下技术：
微合金技术；直接淬火和在线回火工艺；采用超级OLAC（在线加速冷却）和HOP（热处理在线工艺）；并且低C，低开裂参数值（PCM），不需B添加剂。
特别是利用在线HOP回火工艺快速加热和回火，提高了韧性及热处理高性能钢板产量。
对许多钢厂具有实际意义。
1.介绍
各种钢板应用于能源工厂设备的建造，如能量储存设备，化工厂和发电设备。
近来随着这些工厂的扩大，日益严峻的操作和服务条件，更加高效经济的建造方式，要求用于这些工厂的材料强度更高，韧性更大，并且更易于焊接。
随着近年来全球范围内大量的能源消耗和能源工厂建设，对高性能钢材和缩短建造工期的要求也在上升。
为了满足这些要求，JFE钢厂开发了一系列高性能550和610Mpa高强度钢板（JFE-HITEN610U2，ASTMA841Gr.BC1.2等）,具有极好焊接性能,用于水力发电厂内各种容器管道的建造。
这些钢种的开发利用了JFE最新的钢生产技术,包括一种具有高速冷却和均匀冷却能力的加速冷却装置,JFE钢厂的超级-OLAC和HOP,一种加速冷却后感应型在线热处理技术。
这些钢的生产技术核心是综合了微合金技术和JFE为生产商提供的最新技术。
这此技术使得以下生产成为可能：
在轧制线上淬火和回火，提高生产率；利用HOP快速加热和回火来控制微观结构和碳化物的细化和弥散，改善钢的性能。
本文介绍了通过钢板在线热处理工艺采用碳化物的细化和弥散技术生产的550和610Mpa高强度钢板的特点和性能。
2.JFE在线热处理技术
钢板淬火和回火热处理至今一直在离线的大气炉中进行。
生产商希望能开发出一种在线热处理技术以供使用。
基于（TMCP）热机械控制技术，控制轧制和控制冷却的研究和开发有了进展。
一种轧后直接淬火（DQ）方法开发了出来，并且高强度钢板生产商都广泛应用一种直接淬火和回火工艺（DQ-T）。
550和610Mpa级及更高级更高强度钢通过采用DQ技术，提高淬性，增加强度。
从而降低碳含量和PCM值，提高焊接性和焊接接头性能。
直接淬火在轧制线上的一个加速冷却装置内进行。
1980年JFE钢厂成为世界上第一个开发应用在线加速冷却设备的工厂。
十几年后该公司开发了一种在线加速冷却装置，SUPER-OLAC，其高速冷却能力几乎达到理论限值，并能够均匀冷却。
1998年JFE工厂开始使用SUPER-OLAC。
回火方面，JFE开发了HOP，采用一感应加热系统实现在线回火。
从2004年以来该技术已得到全面应用。
SUPER-OLAC和HOP的综合使用实现了钢板全面在线淬火和回火处理，并且提高了生产率和钢板性能。
这是炼钢生产史上的一个了不起的创举。
图1给出了淬火和回火工艺的开发过程，图2给出了使用SUPER-OLAC和HOP的Fukuyama钢板厂的布局。
图1热处理技术的开发
图2日本西部工厂（Fukuyama）在线热处理布置图
3.利用快速加热和回火来细化和弥散碳化物技术
3.1用回火来细化和弥散渗碳体技术
对于微观结构主要为马氏体的中高碳钢，如机械建造用钢，回火时增加加热速度可均匀细化渗碳体的弥散。
对于微观结构主要为贝氏体或马氏体和贝氏体混合结构的低碳钢，通过快速加热，渗碳体的细化和弥散的有关机制还尚未有定论。
这类研究详细探讨了加热速度和加热过程对碳代物析出行为产生的影响。
用具有混合马氏体和贝氏体微观结构的780Mpa低碳钢进行了实验，试验结果见图3和图4。
图3通过快速加热和回火细化渗碳体均匀弥散
图4加热过程中渗碳体析出行为
当加热速度从0.3℃/s以与炉内回火相等的速度增加到3℃/s以上时,渗碳体可被细化和弥散。
在大气炉内回火后的钢中，相对粗的渗碳体在板条边界析出。
在快速加热和回火后的钢中，大量的渗碳体在板条边界内形成，并且形成的渗碳体是均匀细化和弥散的。
在加热大气炉内回火后的钢时，渗碳体析出并主要在板条边界生长。
快速回火时，在低温区域，渗碳体主要在板条边界析出，随着加热温度升高，细小的渗碳体析出，产生均匀的细化和弥散。
图5给出了加热速度对渗碳体析出行为的影响。
在加热过程的低温阶段，渗碳体开始优先主要在板条边界析出。
加热速度低时，板条边界渗碳体生长，顺着板条边界形成粗粒组织。
加热速度高时，温度上升很快，渗碳体来不及顺着板条边界生长，不能再进行错位的恢复。
利用板条边界内的错位作为核晶点，通过渗碳体析出得到均匀的细化渗碳体。
图5通过快速加热和回火细化渗碳体均匀弥散机制
作者得出渗碳体细化和弥散中的三个关键因素：
阻止大量错位成为析出点的机制；达到允许碳原子在板条内弥散的温度的机制；控制渗碳体在板条边界生长以确保板条内最大数量固体溶解碳的机制。
特别重要的是两个温度的快速上升：
渗碳体开始从板条边界析出时的温度；渗碳体开始在板条内析出时的温度。
已经研究了合金元素对渗碳体的析出和生长过程的影响，并且通过HOP，已经实现了控制加热速度、合金设计和加热过程的合理的回火工艺。
使生产具有均匀细化和弥散渗碳体的高强度钢板成为可能。
3．2快速加热和回火对高强度钢板的强度和韧性的影响
在大气炉回火后的780Mpa钢板的强度和韧性与快速加热和回火后的780Mpa钢板的强度与韧性用一个回火参数来重新设定，此参数通过参考回火时加热工艺和冷却工艺来设定。
结果见图6。
T：
温度（K），t:
时间（h）,C:
常数
图6780Mpa钢机械性能与回火参数之间的关系
钢板强度可用T.P.明确地重新设定，不用考虑加热速度。
韧性则不能单用T.P.重设，还与加热速度有关。
由于快速加热和回火，通过渗碳体的均匀细化和弥散得到高度韧性。
4．罐槽、压力容器用550和610Mpa高强度钢板的开发原理
4．1所采用的技术规范和热处理技术
用于罐槽、压力容器时，新开发的钢板中，610Mpa钢板的标准参照SPV490JISG3115压力容器用钢板，550Mpa钢板的标准参照ASTM标准A841Gr.BCI.2。
回火方面，两个钢种都可采用SUPER-OLAC直接淬火和HOP快速在线回火。
4．2通过在线热处理进行合金设计和微观结构控制原理
具有超极韧性的550和610Mpa高强度钢板具有以下特点，以热处理在线技术为前提条件：
（1）减少碳含量，减少开裂参数值，无需添加B。
从焊接角度来看，这些钢的化学成份的特点是碳含量不超过0.09%,低开裂参数值，不超过0.20%,无需添加B。
通过应用加快速冷却SUPER-OLAC，使这些条件得以实现。
与传统钢相比（RQ-T型JISSPV490钢，ASTMA537-2钢），新开发的钢种在更低的预热热温度下生产（图7），具有更低的焊接硬度（图8），良好的焊接接头性能。
（2）优化微合金元素
应用SUPER-OLAC和HOP进行直接淬火和在线快速加热和回火技术时，在回火过程中通过形变加强和细化析出加强或用其它方式如微合金元素来控制碳氮化合物的微观结构和析出，其结果是实现了强度与韧性之间很好的平衡。
（3）通过HOP快速加热，细化和弥散碳化物
使用HOP进行快速加热和回火，渗碳化的细化和弥散实现了高韧性（图9），完全在线热处理提高了生产率。
图7预热温度降低，抑制C和PCM以防焊接开裂
图8抑制C含量和PCM，提高HAZ硬度分布
（4）热影响区（HAZ）的微观结构控制
确保焊接韧性的合金设计取决于微合金元素的优化应用，降低碳含量，限制PCM，消除添加B以减少硬度。
对于JFE-HITEN610E，大型油罐用钢板，经高效、大供热电气电弧焊（EGW）处理后，合金设计满足大供热焊接时所要求的焊接接头强度和HAZ韧性。
对于HAZ韧性，合金设计避免上贝氏体微观结构，通过抑制马氏体-奥氏体成份的形成得到高韧性。
5开发钢种的性能
5．1基体金属性能
新开发钢种的化学成分见表1。
在所有新钢种中，控制碳含量不超过0.09%,开裂参数值不超过0.20%。
表2至表4列出了A841Gr.BCI.2钢板的基体金属性能和经DQ-HOP处理的JFE-HITEN610U2和610E钢板的基体金属性能。
强度和低温韧性满足A841Gr.BCI.2和SPV490技术规范。
表1开发钢的化学成分
图9JFE-HITEN610U2快速加热和回火提高渗碳体细化和韧性
表2A841Gr.BCI.2的机械性能
表3JFE-HITEN610U2的机械性能
表4JFE-HITEN610E的机械性能
5．2焊接接头性能
作为新钢种的焊接接头性能的例子，表5和表6列出了用焊条电弧焊（SMAW）方法焊接的经DQ-HOP处理的JFE-HITEN610U2接头性能，用
电气电弧焊（EGW）方法焊接的经DQ-HOP处理的JFE-HITEN610E接头性能。
这些接头的强度和焊接韧性数值满足对这两种钢基体金属的技术规范要求。
因此，两种钢都具有极好的焊接接头性能。
表5JFE-HITEN610U2的SMAW焊接接头的机械性能
表6JFE-HITEN610E的EGW焊接接头的机械性能
6．结论
本文介绍了用JFE最新技术碳化物的细化和弥散生产的高性能550和610Mpa钢板的特征和性能。
这些钢可用来作为制造罐槽和可靠性要求极高的工厂设备的钢板。
通过综合应用微合金控制材料设计技术和先进的钢板生产技术如SUPER-OLAC和HOP，开发的钢种达到了这些特点和性能。
累计已有超过80000t采用HOP的610Mpa钢板在该领域得到应用。
作者期望新开发的钢能在未来增加应用，并能适应日益多样化的需求。
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