高强度低碳贝氏体钢的试制

２００５年９月ＨＵＮＡＮＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ．３３Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２００５

高强度低碳贝氏体钢的试制

杨素军

（湖南冶金职业技术学院，湖南

摘

株洲

４１２０００）

要：介绍了在大生产情况下ＤＢ５９０Ｒ钢的最佳成分范围和工艺制度，从机理上摸清了低碳贝氏

体钢的组织与成分、工艺和性能之间的关系。

关键词：低碳贝氏体钢；延伸率；焊接性能；强韧性中图分类号：ＴＦ７６６＋．２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００５—６０８４（２００５）０５—１０—０４

ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＨＩＧＨＳＴＲＥＮＧＴＨ

ＬＯＷ－ＣＡＲＢＯＮＢＡＩＮＩＴＥＳＴＥＥＬ

ＹＡＮＧＳｕ－ｊｕｎ

（ＨｕｎａｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２０００，Ｃｈｉｎａ）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｌｉｍｉｔａｎｄｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｈｉｇｈ

ｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎｂａｉｎｉｔｅｓｔｅｅｌ（ＤＢ５９０Ｒ）ｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎｂａｉｎｉｔｅｓｔｅｅｌｗｅｒｅａｓｃｅｒｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ．

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎｂａｉｎｉｔｅｓｔｅｅｌ；ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｓｏｌｄｅｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｏｕｇｈｎｅｓｓ

１前言

下基础，用户已成功地使用ＤＢ５９０Ｒ制造出起重机吊臂，反应良好。

!!!!为研制新一代具有优良焊接性能的高强度低

碳贝氏体工程机械用钢，在完成实验室工作以后，转入工业性试制阶段，经过一年的生产实践，通过对该钢成分、工艺制度进一步调优，摸索出提高强韧性，特别是延伸率的方法。武钢生产试制ＤＢ５９０Ｒ七炉，总计约５００ｔ，轧制出强韧性均佳且具有出色冷弯及低温韧性的热轧薄板４５０ｔ，产品合格率达９０％以上，从机理上摸清了高强度低碳贝氏体钢组织及其成分、工艺、性能之间的关系，为进一步扩大生产打

收稿日期：２００５—０６—１６

作者简介：杨素军（１９６７—），男，讲师，主要从事压力加工教学工作。

２

高强度低碳贝氏体钢工业性试制

生产实物水平

试验钢的化学成分

武钢生产ＤＢ５９０Ｒ薄板（４、５、６、８ｍｍ）

２．１

化学成分为，％：Ｃ０．０４￣０．０７，Ｓｉ０．３￣０．３３，

Ｍｎ１．３０￣１．７０，Ｐ０．０１５￣０．０１７，Ｓ０．００４￣０．００８，Ｃｕ０．０９￣０．１６，Ｎｂ０．０４￣０．０５７，Ｔｉ０．００７￣０．０２，Ｂ０．０００８￣０．００２６，Ｒｅ余。

２００５年第５期杨素军：高强度低碳贝氏体钢的试制１１

２．２物理参数

其物理参数为：密度（室温）ρ＝７．８４×１０３

表１

ｋｇ／ｍ３，弹性模量（室温）Ｅ＝２．２８×１０３ＭＰａ，

导热系数见表１。

导热系数

!!温度／℃Ｋ）－１λ／Ｗ・（ｍ・

２４１０２．７

１００９９．１５

２００９５．６７

３００１００．９６

４００１０８．１７

５００１１０．５５

６００１０３．１４

７００１００．１４

８００１１１．８５

２．３

ＤＢ５９０Ｒ的力学性能测试

工业性试制５批ＤＢ５９０Ｒ，其力学性能见表

试，见表３。由表３可见，除４ｍｍ板σｓ差异稍大外，其余各卷头、中、尾性能均匀，纵横向性能差异较小。

２。从表２可看出，其中４卷性能指标全面达

ＤＢ６８５Ｒ水平，强度σ１８８Ｐａ，ｓ超出指标１００～σ１３０ＭＰａ，在超宽冷弯试验由ｂ超出指标３５～

（４０、６０、８０、１００ｍｍ）也可作到ｄ＝０或ｄ＝０．５无裂纹，表现出极优的冷弯性能。２．４

热轧钢卷性能均匀试验

为调查试制的ＤＢ５９０Ｒ同卷性能均匀性，对钢卷头、中、尾及纵、横向进行性能对比测

表２

批号

规格／ｍｍ

２．５韧性试验

五批ＤＢ５９０Ｒ冲击韧性水平脆性转变温度

ＦＡＴＴ及落锤撕裂（ＳＡ＝５０％）转变温度见表

４。由表４可见，ＤＢ５９０Ｒ冲击韧性值－４０℃及－６０℃最高分别可达２８０Ｊ和２２０Ｊ以上，超过目标值４倍多，脆性转变温度ＦＡＴＴ低于－８０℃以下，落锤撕裂（ＳＡ＝５０％）转变温度

ＤＢ５９０Ｒ力学性能

冷弯试验（１８０℃）／ｍｍ

σｓ／ＭＰａ５９８５９５５６７５４３５６０５７５４８２５４２５５８３５

σＭＰａｂ／６７７６７８６２８６３７６３８６４５５８０６２５６３９２９

δ％５／

２０

４０

—

６０ｄ＝３ａｄ＝０．５ａｄ＝０ｄ＝０ｄ＝０

————

８０

—

１００

————

１１２３３４５５ＡＶＧＳＴＤ

５６５８５６８４

——

２０￣２１２０２０￣２３２０￣２１２１￣２４２１￣２３２６２７

——

ｄ＝２ａｄ＝０．５ａｄ＝０ｄ＝０ｄ＝０ｄ＝０ｄ＝２ａｄ＝２ａ

——

ｄ＝０．５ａ

—

ｄ＝０．５ａｄ＝０ｄ＝０ｄ＝０

————

５ａｄ＝０或ｄ＝０．５ａｄ＝０．ｄ＝０或ｄ＝０．５ａ

ｄ＝０ｄ＝０

————

ｄ＝０ｄ＝０

————

注：批号１～５炉数均为１次；冷弯试验除批号３的６０和８０ｍｍ为完好或微裂外，其余均为完好。

表３

批号

规格／ｍｍ

ＤＢ５９０Ｒ钢卷性能

钢卷纵横性能差

钢卷头、中、尾、横向差异

ＡＫｖ

δ％５／２￣３１０￣２－１￣＋２－１￣＋２

—

纵／横

σＭＰａｓ／

１、２１、２３３４５

５６８５６４

３０３５１８２７１８３０

ＭＰａσｂ／２２３０２７１３２０３￣７

％δ５／１￣２０２￣４１￣２０￣２

—

σＭＰａｓ／－３２－３２－１７－２１－２７

—

σＭＰａｂ／－３１－２７－２６－２６－１６

—

１．８９￣２．３０２．３０￣２．４９１．３０￣１．９０

—

１．６０￣２．１６

—

１２湖南冶金Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．５

表４

批号

规格／

五批ＤＢ５０９Ｒ综合韧性

ＦＡＴＴ（纵向）

ＶＴＳ／℃＜－７５＜－７５＜－７８＜－７５

——

ＡＫｖ１）纵向／Ｊ－４０℃１１７￣１９２１３９￣２２５１２７￣１４７２３８￣２８２１４３￣２４５２０２￣２３６

－７５℃１２４１２３

—

ｍｍ５６５８６８

ＶＴＥ／℃＜－７５＜－７５＜－８５＜－７８

——

ＤＷＴＴ／℃＜－８０

—

Ｅｐ∶Ｅｔ／％８０￣８５７０￣８５７１￣８１

———

１１２３４５

＜－７５＜－７５＜－８２

———

＜－７５＜－７５＜－８８

———

７３

———

１８４￣２２８２）１１６￣２４０２）

—

注：１）ＡＫｖ为非标准试样５ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍ值×２换算为标准试样值；２）温度为－６０℃。

ＤＷＴＴ＜－８０℃，撕裂功占总功之比（Ｅｐ／Ｅｔ）

可高达８０％，表现出贝氏体钢的特征—低温韧性极优。

可见ＤＢ５９０Ｒ具有优良的抗疲劳性能。

２．７应变时效敏感性试验

对ＤＢ５９０Ｒ５ｍｍ和８ｍｍ板分别进行应变

２．６疲劳性能试验

在１００ｋＮ高频疲劳试验机上对ＤＢ５９０Ｒ５

时效敏感性试验，５ｍｍ的ε采用５％、７．５％，８

ｍｍ、６ｍｍ板分别做拉—拉疲劳试验，应力比

取Ｒ＝０．１５，试验温度为室温２５℃，试验机运转速度分别为１４８￣１５４ｋＨｚ／ｓ和１５４￣１６ｋＨｚ／ｓ，循环次数大于１０７，试验结果见表５。由表５可知，σσ３％和７９．８％，远高于５６％，０．１５／ｂ分别为７６．

表５

炉罐号

钢卷号

规格／

应力类型拉—拉拉—拉

ｍｍ板取１０％，结果见表６。由表６可见：５ｍｍ

板在－６０℃，ε＝１０％时，时效敏感性系数Ｃｖ仍低于２０％，常温的时效敏感性系数低于１０％，８ｍｍ板各温度的Ｃｖ值均低于１５％，可见该钢的应力时效敏感性很低；随着形变量ε增大，Ａｋｖ值下降，Ｃｖ值增大。

高频疲劳试验

试验温度／

运转速度／・ｓ－１ｋＨｚ

σｂ／ＭＰａ６７０６３５

σ０．１５／ＭＰａ５１４５０７

σσ０．１５∶ｂ／

％７６．７７９．８

ｍｍ６５

℃２５２５

ＷＡ５２９３７２ＷＣ６１６７８

１１０７０１６０３１０６８０３

１５４～１６１１４８～１５４

表６

炉罐号

钢卷号

厚度／

ＤＢ５９０Ｒ时效敏感性试验

２０℃Ａｋｖ／Ｊ

Ｃｖ／％

—

－２０℃Ａｋｖ／Ｊ９５８４１０１８７８０７６

Ｃｖ／％

—

－４０℃Ａｋｖ／Ｊ７５．００６７．３４８８．００８０．００７７．００６３．００

Ｃｖ／％

—

－６０℃Ａｋｖ／Ｊ

——

ｍｍ８５

２１２４５１５２５３５４

—

Ｃｖ／％

———

ＷＣ６３１６７８７０７３５６０２ＷＣ６３１６７８６０７３５６０３

１１９．００１０２．６６９６．００９２．００８８．００８６．００

１０．０

—

１３．７

—

１１．６

—

１０．２

—

６４５５６０５２

５．０７．５１０．０

４．０８．０１０．０

１４．０２１．０２５．０

９．０１２．０２８．０

１４６１９

２．８焊接热模拟试验

对生产的ＤＢ５９０Ｒ薄板，进行焊接热模拟试

验，观察该钢的ＨＡＺ区域性能，采用单循环加热１３２０～１３５０℃，Ｔ８／５分别选３０ｓ、４５ｓ和６０

Ａｋｖ仍高达１５３Ｊ，该焊接性能极为优良，其数

据见表７。由表７可见：Ｔ８／５在４５ｓ时，ＨＡＺ的韧性Ａｋｖ值最好，在－４０℃时仍可高达１５３Ｊ，低温韧性好；撕裂功占总功之比Ｅｐ／Ｅｔ

除－６０℃外，均高达７０％～８０％，即撕裂功在

ｓ。该钢热循环试验后，ＨＡＺ冲击韧性值－４０℃

２００５年第５期杨素军：高强度低碳贝氏体钢的试制１３

表７

试验温度／℃

ＤＢ５０９Ｒ焊接热循环试验ＨＡＺ韧性值

不同Ｔ８／５下的Ａｋｖ（纵向）

３０ｓ

Ａｋｖ／Ｊ

Ｅｔ／％Ｅｐ∶８０．６０８１．７７８０．４２７６．９６４５．８４

Ａｋｖ／Ｊ２１７．１８２１０．９０１６４．０２１５３．３４１７．４３

４５ｓ

Ｅｔ／％Ｅｐ∶８３．６２８２．０８７８．５４７６．９６４５．８４

Ａｋｖ／Ｊ１９７．３６１８６．４６１２４．６１９２．２６４１．７２

６０ｓ

Ｅｔ／％Ｅｐ∶８３．４３８１．０８７７．１３７４．３３６３．２３

－２５０－２０－４０－６０

１７９．３７１７７．５２１６４．７３８５．４７１６．９７

ＨＡＺ仍占很高的比例。

２．９显微组织分析２．９．１

夹杂物

为了提高延伸率，适当降低形成沉淀析出元素铅和铜，也有明显效果。

（２）加入稀土调整。首批加入２００ｇ／ｔ稀土，发现钢中较多稀土氧化物夹杂，个别达３级以上。

ＤＢ５９０Ｒ热轧钢板中主要以稀土氧化物夹杂

为主，普遍Ｂ类细系１．５～２．５级，个别钢卷有

３．５级。２．９．２金相显微组织

ＤＢ５９０Ｒ热轧钢板组织经观察，多数为贝氏

体、铁索体、索氏体加少量共析铁索体，有些还有少量Ｍ—Ａ岛。

各钢卷的头、中、尾组织略有差异，钢卷头部有未回火的Ｍ—Ａ岛，这与钢卷头部在圈的外圈，冷却速度快，无法自然回火有关。钢卷中组织一般较强烈，贝氏体、铁索体基本上均匀分布细小的索氏体团，组织无方向性。钢卷尾部一般出现少量珠光体团、索氏体团中尺寸较中部为大。

从组织上看，ＤＢ５９０Ｒ大部分相变成贝氏体组织，且组织细小，少量先共板铁素体晶粒度也在１２～１６级。当终轧温度偏低时会出现明显的方向性组织，即索氏体团或Ｍ—Ａ岛沿奥氏体晶界析出。

３．２提高延伸率的工艺措施

因为在贝氏体钢中，板条、胞状结构细小，

位错密度高，第二相析出种类多，数量多，延伸率虽然达标，但富裕量不大。经过几批大生产实践，摸索出提高ＤＢ５９０Ｒ延伸率的工艺方法，除在成分上微调外，寻找终轧卷取温度对延伸率影响规律如下：

（１）终轧ＦＴ７影响。首批终轧温度选８３０

±３０℃，发现终轧ＦＴ７＜８３０℃，易造成Ｍ—Ａ

岛沿原始奥氏体晶界析出，有方向性组织，造成纵、横向性能差加大，降低横向性能。因此，将ＦＴ７调到８５０±３０℃。

（２）卷取温度ＣＴ影响。ＣＴ＞６００℃钢中即出现极多量的先共析铁素体，降低了钢的强度和延伸率。因此ＣＴ要控制在６００℃以下（５７０±３０℃）。

（３）轧后前段冷却和后段冷却。采用前段冷却提高强度，但降低延伸率，在强度富裕的情况下，采用后段冷却可提高延伸率１％～２％，因此对薄规格（４．５ｍｍ）工艺改为后段冷却。

３ＤＢ５９０Ｒ的工艺调优

３．１

ＤＢ５９０Ｒ成分调整

（１）通过一年试制，发现首批ＤＢ５９０Ｒ强

４结论

度过高，达７０ｋｇ级，对应成分中铅和铜含量在成分上限范围。经以后几批试验，发现５９０级强度，锰在１．４％～１．５％，铅在０．０４％～０．０５％，铜在０．１０％～０．１５％范围，但钛至少要在０．０１５％以上（０．０１５％～０．０２％），即可保证强度。此外

通过采取以上措施可得出以下结论：

（１）在ＤＲ５９０Ｒ钢的基础上增加锰、铜、钼等强化元素，通过控轧控冷工艺能得到均匀

（下转第４１页）

２００５年第５期张泽文：涟钢炼焦用煤综合评价４１

!!!!（３）对混质严重的兖州气煤、国裕煤、四

川金惠１／３焦煤，要求该公司取缔其合格供方资格。

（４）增加盘江１／３焦煤、天安焦煤的采购量以及上海众元肥煤的采购量，确保配合煤结构更合理。

后强度。

４结论

（１）炼焦用煤混煤现象严重，特别是主焦煤、１／３焦煤，煤质提质现象严重；瘦煤无一为真正意义上的瘦煤，全部由提质煤混配而成。

（２）来煤矿点稳定、数量少，可稳定提高各单种煤配伍性能，稳定焦炭质量。

（３）重点控制配量大主焦煤灰分和高挥发分煤配用量，可降低焦炭灰分。

（４）通过了解各单种煤的粘结性和结焦性能及胶质层最大厚度、岩相分析指标，可全面了解各单种煤性能，进一步指导配煤炼焦生产。

（５）进一步提高与优化煤场的堆取料水平，按质对煤种进行细化、优化堆取，提高煤质的均匀化水平，可确保焦炭质量的稳定和提高。参考文献：

［１］虞继舜．煤化学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，

３．２建议

（１）由于部分矿点煤没有取到煤样且指标

不全，不清楚其真正结焦性能，在以后的配煤生产过程中必须及时了解和研究其各项性能指标。

（２）由于同一矿点煤也存在质量差异和波动，所以必须定期对各大矿点煤进行各项指标的监视和分析，以及时掌握信息，减少因来煤质量波动对焦炭质量的影响。

（３）１／３焦煤中部分矿点应进一步细化，如各项性能指标相近的天安１／３焦煤、盘江１／３焦煤可以统一堆放，这样可缓解由盘江煤库存量较少时引起的矛盾。同时还可以减少矿点多、质量差异大的１／３焦煤配用量，对焦炭质量的改善有一定的作用。

（４）实施原料煤预破碎工艺或相关的配合煤工艺改进措施，如配型煤炼焦、捣固炼焦等来扩大炼焦煤可供资源，增加价格便宜、质量稍差煤的配用量，进一步降低原料煤成本，还可改善焦炭在高炉有碱条件下的反应性和反应

２００３．９．

［２］周师庸．应用煤岩学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，

１９８５．８．

［３］张亚云．应用煤岩学基础［Ｍ］．北京：冶金工业出

版社，１９９０．１１．

［４］姚昭章．炼焦学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，

１９９２．４．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第１３页）

细化的组织，同时利用ε—Ｃｕ、Ｍｏ的析出强化等机制，可以生产ＤＢ６８５钢，其强度达到７０ｋｇ级的标准。

（２）由于低碳贝氏体钢低的碳当量和裂纹敏感系数，使它具有良好的韧性和冷弯成型性，

并且焊接性能优良。１９９０年武钢对中厚板规格进行试制，完成了新试合同１６４１ｔ，取得了较好的经济效益。

（３）ＤＢ５９０Ｒ钢的研制已通过了冶金工业部的鉴定，达到了国际先进水平。