正火轧制S420N风电用钢板的开发

山钢股份莱芜分公司开发S420N欧标风电钢,本着低成本、易焊接、绿色环保的原则,采用低碳+Nb、V、Ti微合金化设计,以及洁净钢冶炼技术和合理的正火轧制工艺,实现碳当量≤0.41%,屈服强度平均值≥470 MPa,抗拉强度平均值≥570MPa,伸长率平均值≥24%,冲击功平均值≥160 J。各项性能指标与标准要求相比,均有较合理的富余量。     

正火温度对压力容器用钢Q370R组织性能的影响

在压力容器用钢同类产品技术要求、生产工艺调研的基础上,进行Q370R化学成分设计、轧制及正火工艺研究等工作,开展正火温度对试验钢性能、组织等影响研究。添加微合金元素Nb、V、Ti的钢板正火后强度下降,延伸率和冲击功显著提高,随着正火温度的升高,试验钢强度逐渐下降。而添加少量Cr元素轧态和同一正火工艺下钢板的强度均高于不添加Cr元素钢板,延伸率和冲击功值低于不添加Cr元素钢板,同时添加少量Cr元素,吨钢成本会有所增加。正火后组织为细晶粒铁素体和珠光体。综合考虑,试验钢采用添加微合金化元素Nb、V、Ti成分体系,经控制轧制,840～880℃正火后钢板性能满足标准要求。     

Q355D低合金高强度钢的试制开发

基于GB/T 1591—2018《低合金高强度结构钢》新标准,采用添加少量的Cr、Ni、V、Nb、Ti微合金化元素,开发出综合性能优异的Q355D低合金高强度钢。性能检测结果表明:屈服强度达到440 MPa以上,抗拉强度达到360 MPa以上,断后伸长率达到23%以上,-20℃冲击功达到50 J以上,圆钢表面质量良好,标准达到客户要求,目前已实现批量生产。     

大厚度高层建筑用钢Q460GJC-Z35的研制

通过成分设计、轧制、热处理工艺设计,采用晶粒细化、固溶强化、析出强化等手段,对80、110mm的Q460GJC-Z35高强度钢板的研发工艺及过程进行试验设计。结果表明：通过Nb、V、Ti、Ni复合微合金化和控轧控冷、正火快冷（NAC）热处理相结合生产的模铸Q460GJE-Z35钢板具有晶粒细小、组织均匀,钢板屈服强度达到420~490 MPa,抗拉强度达到585~625 MPa,伸长率达到20%以上,0℃冲击功达到123 J以上,Z向断面收缩率大于35%,探伤达到1级探伤要求,实现了强度和韧性的良好匹配和较高的内部质量。     

稀土Ce对桥壳钢组织性能影响研究

采用中碳含量+微合金Nb、Ti设计以及控轧控冷工艺在实验室轧制出屈服强度550 MPa级热轧桥壳试验钢。研究结果表明,试验钢中加入适量稀土Ce元素,对钢的组织及强度影响不明显,稀土Ce降低了试验钢B类夹杂物的评级,加稀土试验钢低温冲击功明显优于不加稀土试验钢的冲击功,稀土Ce改善了桥壳试验钢的疲劳性能。     

185mm厚S355JR+N-Z35欧标结构钢板的研发

通过成分设计以及复合制坯、轧制、热处理工艺设计,采用Nb、V、Ti微合金化、高温低速大压下、轧后钢板缓冷、正火处理等工艺手段,成功研发了185 mm厚S355JR+N-Z35结构钢板,屈服强度富裕量在40MPa以上,抗拉强度富裕量在50 MPa以上,20℃冲击功平均值大于200 J,平均断面收缩率≥45%,探伤满足"EN10160 S1/E1"标准,钢板的力学性能优良,内部质量良好。     

舵杆用Q345D钢热处理工艺对组织和性能的影响

试验研究了Q345D级钢(%:0.18C、0.41Si、1.34Mn、0.05Nb、0.08V、0.024A1)Φ280 mm锻材淬-回火处理和正火处理后的组织和性能。结果表明,经890℃空冷200 s,水冷+570℃回火后的钢抗拉强度R_m≥630MPa,屈服强度R_e≥455 MPa, -20℃冲击功A_KV 28～40 J;910℃空冷正火后R_m≥575 MPa, Re≥390 MPa, -20℃ A_KV42～59 J,均满足舵杆产品对力学性能的要求;淬-回火工件距表面30 mm的组织为回火索氏体+粒状贝氏体,中心组织为珠光体+少量粒状贝氏体,正火处理后工件表面与心部均为珠光体+铁素体组织。     

煤矿巷道挡煤用热轧钢带的开发生产

针对煤矿开采过程中巷道挡煤板在复杂耦合服役环境下,暴露出的耐磨性差、寿命短等实际问题,经深入调研,采用中碳高锰成分设计,未添加Nb、V、Ti、Ni、Cu等贵重合金。通过控轧控冷工艺成功开发出9.75 mm厚355 MPa级别低成本、高寿命的高强韧低合金钢带,组织为珠光体+铁素体,细小均匀,具备高强韧性并兼顾一定耐磨性,屈服强度≥390 MPa,抗拉强度530～630 MPa,HBW≥175,20℃冲击功≥80 J,性能指标均满足用户使用要求。     

时效温度对马氏体沉淀硬化不锈钢0Cr15Ni5WMoVNb力学性能的影响

0Cr15Ni5WMoVNb钢(%:0.068C、14.54Cr、5.32Ni、0.88W、0.92Mo、0.20V、0.10Nb)经5 t中频感应炉+2 t真空电渣重熔炉冶炼,经锻造、热轧成Φ45 mm棒材,试样经1 000℃30 min固溶空冷+-70℃2 h冷处理后进行400～600℃4 h时效空冷。试验结果表明,在450℃时效0Cr15Ni5WMoVNb钢的强度最大,以准解理断裂为主,冲击功低为40 J,随时效温度上升,冲击功显著上升,强度下降,在510℃时效该钢有良好的强韧性,抗拉强度R_m 1300 MPa,屈服强度R_(p0.2)1100 MPa,冲击能A_(KV) 100 J。     

Ti和正火工艺对Nb-V-Ti微合金电机轴用钢16MnT低温冲击韧性的影响

试验16MnT钢(/%:0.14~0.15C,0.27~0.30Si,1.40Mn,0.008~0.010P,0.003~0.004S,0.020~0.025Nb,0.10V,0.002~0.08Ti,0.025~0.027Al,0.0043~0.0053N)的生产工艺流程为60t EAF-LF-VD-5.8t铸锭-锻造φ190~250mm棒材-920℃正火。检验结果表明,0.08%Ti 16MnT钢锻造正火后-20℃冲击功为6~16J,低于标准值34 J。分析结果得出,0.08%Ti钢中存在大量TiN和延晶Nb-Ti(C,N)析出相,-20℃钢的断口为典型沿晶脆性断裂,且锻材断面的组织不均匀,表面为索氏体,心部为铁素体+珠光体。通过将钢中Ti含量降至0.002%,正火风雾冷却时锻材间距离为1.5m,使16MnT钢锻材的-20℃冲击功提高至132~288 J。     

高强韧U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨热处理工艺的优化

研究正火-回火和等温热处理工艺对U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨显微组织和力学性能的影响。结果表明:试验钢经900℃正火+300℃回火后的力学性能为抗拉强度为1396MPa,伸长率为16.0%,冲击吸收功K_U2为57J,HB硬度值402;试验钢经870～930℃加热空冷至300℃等温处理后,抗拉强度基本保持在1300 MPa左右,伸长率为17.0%,冲击吸收功K_U2≥80 J,HB硬度值375～395;和传统的正火+回火工艺相比,优化的等温热处理工艺可以大幅提高U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨的冲击韧性,室温冲击吸收功由57J提高到80J以上,提高40%～56%,而断后伸长率基本保持不变,抗拉强度和踏面硬度略有降低。最佳优化工艺为:870℃正火后空冷至300℃保温4h后空冷。     

非调质钢N80 Φ139.7 mm×9.17 mm石油套管的研制

根据C、Mn、V、N、Ti在微合金化非调质钢中作用,设计了石油套管用非调质N80钢的化学成分;依据实验室炉正火实验数据确定在线正火轧制工艺参数,研制的139.7 mm×9.17 mm非调质N80钢石油套管的组织为铁素体+珠光体组织,屈服强度575～638 MPa,抗拉强度789～840 MPa,伸长率21%～23%,0℃3/4尺寸冲击功39～87J,完全满足API Spec 5CT《油套管规范》(第十版,2018)标准的要求。     

控轧控冷工艺参数对不同微合金体系的460 MPa级高强韧海工钢板组织性能的影响

试验分析了控轧控冷工艺参数对不同微合金体系的460 MPa级高强韧海工钢板组织性能的影响。试验结果表明：Nb、Ti微合金化的基础上加入适量的Ni元素能改善钢的强度和韧性,尤其是钢在低温下的冲击性能;采用大的压下量即第二阶段的轧制总压下率一般应略大于70%,有助于钢的晶粒细化,获得组织类型为多边形铁素体+准多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体和一些弥散的分布的珠光体和残余奥氏体,进而改善钢的最终性能。     

湘钢低碳贝氏体钢XDB685的研制

采用TMCP(Thermomechanical controlled Process)-RPC(Relaxed Process Control)-T(Tempering)工艺研制了低碳贝氏体钢XDB685[%:≤0.09C、1.20～1.60Mn、0.015～0.055Nb、0.008～0.030Ti、0.2～0.6(Cr+Ni+ Mo+B)]。检验结果表明,40～60 mm钢板的屈服强度≥600 MPa,抗拉强度≥700 MPa,-40℃冲击功约为200 J,并具有良好的焊接性能。     

Nb对V、N微合金化压力容器钢珠光体形态及低温韧性影响

为了在保证强度同时提升压力容器钢低温韧性，以铌(Nb)取代部分钒(V),研究Nb的添加对V、N微合金化正火压力容器钢板显微组织和力学性能的影响。结果表明，Nb+V试验钢相比于V试验钢，在强度保持630 MPa的同时可显著提升低温冲击韧性，-20、-40、-60℃冲击吸收功分别提升59、44、29 J。原因主要为Nb的添加促进了细小铁素体转变，其含量的增加使钢的塑韧性增强。此外V和Nb+V钢中碳原子扩散系数在平均转变温度下分别为2.64×10^-13、2.14×10^-13 cm²/s, Nb的添加降低了珠光体生长速度、增加了珠光体转变过程中的过冷度，从而细化了珠光体团簇和片层间距。EBSD分析可知以Nb取代部分V后试验钢有效晶粒尺寸由7.7μm减小至5.8μm,大角度晶界比例由83.1%增加至85.5%。微合金元素Nb的细晶作用及对大角度晶界比例提升的贡献也可以大幅提高钢的低温冲击韧性。     

热处理工艺对3.5Ni钢组织和性能的影响

通过拉伸和冲击试验以及OM和SEM的组织观察,研究了不同热处理工艺对3.5Ni低温钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:3.5Ni钢正火(Normalizing)态及正火+回火(Normalizing+tempering)态的组织均为铁素体基体加珠光体。冲击韧性随正火温度的升高先增加后降低,正火温度为860℃时,低温韧性最佳;回火后3.5Ni钢塑性和低温韧性明显提高。随着回火温度的升高,带状组织减弱,冲击功增加,当回火温度达到两相区的650℃时,冲击功降低,最佳的回火温度为590~630℃。     

高层建筑用Q420GJC钢的研制及应用

利用Nb、Ti等元素微合金化,配合控轧控冷工艺,开发了低屈强比、高强度Q420GJC钢。对其工业性试制钢板进行了拉伸、冲击、组织结构检验及焊接性能试验,结果显示,研制的钢种组织为铁素体+珠光体且铁素体比例占50%以上,具有优良的综合性能,屈强比≤0.81,Rm≥560 MPa,满足高层建筑用钢技术要求,已成功实现工程应用。     

1800MPa级低合金超高强度工程机械用钢显微组织与力学性能

 设计了一种新型的超高强度工程机械用钢,在中试轧机上进行了不同工艺模拟轧制,对比研究了工艺1（80%变形量+直接淬火+250℃回火）、工艺2（90%变形量+层流冷却快冷至650℃/1h+空冷+250℃回火）和工艺3（90%变形量+空冷至650℃/1h+空冷+250℃回火）3种不同控轧控冷工艺对试验用钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明：工艺1条件下试验钢的抗拉、屈服强度最高,塑韧性最好,分别可达到1816,1473MPa,伸长率为9.5%,断面收缩率为45%,室温冲击功为28J,-40℃冲击功为21J,硬度值达到50HRC,认为获得的是板条马氏体+残余奥氏体的复相组织和析出的复合微合金碳化物、ε-碳化物强韧化机制的综合作用;工艺2,3分别得到的是板条马氏体+块状贝氏体+残余奥氏体、板条马氏体+针状铁素体+片层状珠光体+残余奥氏体,力学性能下降明显;第二相析出物主要是Nb,V,Ti的复合析出颗粒。     

微合金元素对700MPa级低碳贝氏体钢组织与性能的影响

通过对700 MPa级低碳贝氏体钢静态CCT曲线及不同冷却速度下组织的分析,研究了两组不同Ti、Nb含量的低碳贝氏体钢的组织、性能。结果表明,Ti、Nb含量的增加促使抗拉强度、屈服强度提高,但是Ti含量过量时对低温冲击功是不利的;wTi=0.015%-0.025%、wNb=0.04%-0.05%可满足700 MPa级别低碳贝氏体钢的强度与韧性要求,该成分钢在TMCP处理后采用回火工艺,可以获得理想的力学性能。     

正火对420MPa建筑用钢性能与Nb、V析出量的影响

研究了建筑结构用钢Q420GJC热轧及正火后的组织、性能及Nb、V析出物变化。采用电解法对热轧和正火后钢板进行Nb、V的析出物定量分析,在透射电子显微镜下进行析出物观察,结果表明,钢板正火后强度下降明显;热轧钢板厚度方向不同部位V的析出量差别不大,约为加入数量的30%,正火不能有效提高低氮钢中V的析出量,热轧态钢板中Nb的析出量从厚钢板表层到心部递增,空冷后钢板中Nb的析出量大于控冷后Nb的析出量;正火后Nb的析出量稍高于热轧。