真空磁悬浮列车
第24卷第4期宽厚板Vol. 24, No. 4
2018 年 8 月WIDE AND HEAVY PLATE August 2018 • 11 •
隋轶1金耀辉2
(1鞍钢股份有限公司产品发展部;2鞍钢股份有限公司技术中心）
罗口袜摘要针对压力容器用Q345R钢板在正火和正火乳制两种工艺条件下的微观组织和力学性能进行对比研究，结果表明：正火乳制工艺生产钢板可以获得与正火工艺生产钢板相近似的性能，满足相关标准要求。
两种工艺生产的钢板经再次正火后抗拉强度略微降低，但冲击韧性均得到改善。可采用正火乳制代替轧后正
火的方式生产Q345R钢板。
关键词压力容器用钢Q345R正火正火轧制
Comparative Study on Normalizing and Normalized Rolling Process of Q345R Steel Plate for Pressure Vessel
Sui Yi1and Jin Yaohui2
穿孔管(1 Product Development Department of AnSteel C o.，Ltd. ;2 Technology Center of AnSteel Co. , L td.)
Abstract The paper makes comparative study on the microstructure and mechanical properties of Q345R steel plate for pressure vessel produced by normalizing process and normalized rolling process. The results show that the steel plate produced by normalized rolling process can obtain properties similar to the steel plate produced by normalizing process which meets the relevant standard requirements. The tensile strength of the steel plates produced by the two processes after renormalizing is slightly reduced,but the impact toughness is improved. The Q345R steel plate can be produced by normalized rolling instead of normalizing after rolling.
Keywords Pressure vessel steel,Q345R,Normalizing,Normalized Rolling
〇前言
正火轧制在实际应用中可节约能源和时间，降低成本[1]，并且欧洲标准EN 10025 -2和中国 标准G B 1591 -2008中均引人了正火轧制的概 念。为了获得与正火处理钢相似的组织和性能，正火轧制工艺应以和正火处理工艺重要冶金学过 程类似的方式进行。正火处理是将钢加热到如3转变点以上适当的温度，保温后空冷，使钢板获得 较细小晶粒，而正火乳制是对已变形的奥氏体进 行晶粒细化再结晶，并且需要根据钢的再结晶特 性确定终轧温度，通过更准确的控温乳制达到正 火处理效果[2]。但在实际生产过程中，许多设计 及专业技术人员对低合金类压力容器钢板正火和 正火乳制两种状态钢的组织及性能都没有清晰的认识。本文以压力容器用Q345R钢板为试验对 象，对正火和正火轧制两种工艺生产的低合金钢 板组织与性能的变化情况进行了对比研究。 1试验材料及方法
1.1试验材料
试验材料为鞍钢股份有限公司生产的230 mm厚度断面Q345R钢连铸坯，其化学成分见表
表1 Q345R钢连铸坯化学成分（质量分数）％
元素 C Si Mn P S V、Nb、Ti 含量 0.160.3 1.40 0.012 0.008 适量
1.2试验方法
1.2_1工艺方案
• 12•宽厚板第24卷
试验采用热轧和正火轧制工艺将钢坯轧制成 30 mm厚钢板，试验钢的加热、乳制工艺见表2。方案1为正火生产方案（热乳+正火），方案2为 正火轧制生产方案。根据正火轧制定义要求，正 火轧制钢板在经过正火处理后仍需保持力学性 能，因此对两种方案生产的钢板进行了再次正火 处理，以检验正火乳制工艺能否获得与正火工艺 相近似的组织和力学性能。正火温度为910 1，净保温时间为1.5 m in/mm[3]。
表2 Q345R试验钢的加热和轧制工艺方案试验加热保温开乳二次开轧中间坯终轧
方案温度/T时间/h温度/T温度/T厚度/m m温度/T
方案11 200 2.51 1461 060
方案21 200 2.51 151********
1.2.2力学试验和金相观察分级授权
从钢板宽度1/4处制取拉伸、冲击及金相试 样。拉伸试样在Z600材料拉伸试验机进行拉伸 试验，冲击试样利用ZBC2602全自动冲击试验机 进行冲击试验，金相试样经研磨、抛光、腐蚀后，通 过D M I5000M光学显微镜进行组织观察。 2试验结果与分析
2.1正火及正火乳制钢板性能和组织
2.1.1力学性能
热轧+正火工艺和正火轧制工艺生产试验钢 的力学性能见表3，冲击吸收功转变曲线见图1。从表3和图1中可见，两种工艺试样的力学性能 相比较，正火轧制状态钢板的强度比热乳+正火 状态钢板高15 MPa左右，冲击值相差40 J，但均 可以满足相关标准的要求，并且具备一定的富余 量。
表3正火和正火轧制状态试样力学性能
试样状态fle/MPa Rm/MPa A/%mppt算法
KV2/}
0 °C-20 °C-40°C
热轧+正火35451533.32198,189,149154,151,161111,121,119正火轧制36952633.38142,155,142114,128,12189,82,101
图1热轧+正火状态试样和正火乳制状态试样
冲击吸收功随温度变化曲线
2.1.2金相组织
热乳+正火状态试样和正火乳制状态试样的 晶粒度及带状组织见表4，组织对比见图2。
从表4和图2可以看出，两种状态试样的金 相组织均为典型铁素体+珠光体，采用热乳+正 火方案生产钢板试样的晶粒较细小，晶粒度高于 正火轧制方案生产钢板试样，均为〇.5级左右，晶粒尺寸均勻性优于正火轧制生产钢板试样。两种方案生产的钢板均出现带状组织，正火轧制状态 试样的带状组织等级比热乳+正火状态试样高 0.5级左右。
表4 30 mm厚度钢板热轧+正火状态试样和正火
轧制状态试样晶粒度及带状组织
试样状态铁素体晶粒度/级带状组织/级
热轧+正火10.0 2.0
正火轧制9.5 2.5
50 ^i n i^0
sync pad
(a)热轧+正火状态试样（b)正火轧制状态试样
图2热轧+正火
和正火乳制状态试样的金相组织
第4期隋轶，等；压力容器用Q345R钢板正火和正火乳制工艺对比研究• 13 •
轧制过程中枝晶偏析沿变形方向呈条状或带 状分布。在正火冷却过程中，由于冷却速度较 慢，先在这些部位形成铁素体，碳被排挤到枝干 形成珠光体，进而导致两种工艺生产钢板均产生 带状组织[4]。在正火过程中珠光体重新向奥氏 体转变，获得均一且细小的起始奥氏体晶粒。在 合适的保温时间下，晶粒长大倾向较小，在空冷 后形成较细小的晶粒。
正火轧制采用两阶段控制轧制。粗轧阶段在 奥氏体再结晶区进行多道次大变形量轧制，使奥 氏体晶粒得到充分破碎、细化，为获得细晶粒铁素 体创造条件；精轧阶段在奥氏体未再结晶区轧制，塑性变形使变形奥氏体晶粒拉长，在晶粒内形成变形带和Nb、V、T i微量元素的碳氮化合物应变 诱发沉淀，变形带成为铁素体晶粒形核点，进而得 到较细化铁素体晶粒[5]。但在正火过程中，组织 经历完全奥氏体化的重结晶过程，同正火轧制相 比，原始奥氏体和相变后的铁素体、珠光体组织更 加细小均勻，这也是其屈服强度、抗拉强度余量小 而冲击功有所提高的原因。
2.2再次正火性能及组织
热轧+正火状态试样和正火轧制状态试样分 别进行再次正火处理，其力学性能见表5，冲击功 变化曲
线见图3。从表5、图3中可见，两种方案 生产钢板强度均下降1〇 MPa左右，而冲击軔性均 有一定程度的提高。
表5 热轧+正火状态试样和正火轧制状态试样再次正火处理后的力学性能
试样原始状态ffe/MPa Km/MPa A/%
k v2/j
0 °C-20°C-40°C
热乳+正火34650532.60215,198,158158,158,212161,121,129正火轧制36051533.86261,174,130130,130,150108,104,122
图3热乳+正火状态试样和正火轧制状态试样再次
正火后冲击吸收功随温度变化曲线
热轧+正火状态试样和正火轧制状态试样再 次正火后组织对比见图4，晶粒度及带状等级见表6。
由图4和表6可知，热轧+正火状态试样和 正火乳制状态试样分别进行再次正火处理后的组 织仍为铁素
体+珠光体，带状组织趋于弱化，降低 0.5级左右，晶粒得到细化，且分布均勻，其中正 火轧制状态试样经正火处理后晶粒度可提高〇.5 级，两种方案生产钢板试样的晶粒度差别均小于
图4热轧+正火状态试样和正火乳制状态
试样再次正火后的金相组织
表6 30 m m厚度热轧+正火状态试样和正火轧制状态试样再次正火后的晶粒度及带状等级试样原始状态铁素体晶粒度/级带状组织/级
热轧+正火10 1.5
正火轧制10 2.0
0.5 级。
两种工艺生产的钢板经再次正火处理，内部 组织再次经历回复再结晶，晶粒细化，珠光体片间 距减小，强度本应有所提高，但重新奥氏体化后晶 粒内部位错密度降低导致强化作用减弱，
而晶粒
• 14 •宽厚板第24卷
细化产生的强化作用不能完全弥补损失的位错强
化，因而造成钢板强度下降。同时，组织均勻化作
用使钢板的低温軔性得到改善[6_7]。但再次正火
前基板组织的晶粒大小和弥散度不同，影响正火
加热时奥氏体晶粒大小，进而影响最终正火后的
铁素体晶粒尺寸大小，使再次正火后的钢板性能
仍产生一定差别。
3结论
(1) 正火轧制工艺生产的Q345R钢板可以获 得与正火工艺生产钢板相近似的性能指标，满足
相关标准的要求，正火轧制工艺可替代正火工艺。
(2) 正火工艺生产钢板与正火乳制工艺生产 钢板相比，晶粒度更细小，韧性储备较大。
(3) 正火轧制钢板和正火处理钢板经过再次 正火后，强度均有一定程度降低，冲击韧性得到一
定的改善。参考文献
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隋轶，男,2001年毕业于东北大学金属压力加工专业，硕士，高级工程师。
收稿日期:2018 - 04 - 20
(上接第10页）
在钢板母材、焊接线能量为15 k j/c m和50 k j/cm的溶合线、粗晶区、溶合线+ 2 mm位置进 行的CT0D试验中，母材CT0D值达到1. 15 mm 以上，焊接区CT0D最小值达到0. 218 mm，试验 结果见表7，表明钢板本体和焊接位置均具有良 好的低冷裂纹敏感性，完全满足集装箱船关键结 构建造要求。
表7 EH47BCACOD钢板母材和焊接区
CTOD试验结果
,~母材CT0D 焊接部位CT0D值/mm ~
丄值/mm 线能量15 k j/c m线能量50 kj/cm 母材
1.170
熔合线0.239-0.4460.304-1.255
粗晶区0.243 -0.4750.249-0.501
熔合线+2mrr10.218 -0.2960.553~0.949标准為0.40高0.20為0.20
4结语
鞍钢在EH47BCACOD止裂钢板研制过程中，采用低碳微合金化成分设计，通过10 〇〇〇t强力 轧机大压下量轧制，配合TMCP多阶段控轧及超 快速冷却工艺，钢板厚度方向获得了均匀细小的贝氏体+铁索体+细小珠光体组织。试制钢板厚 度达到90 mm，在保证高强度的同时，-40 t低 温冲击軔性和5%应变时效冲击軔性都具有较大 的富余量。采用梯度温度型双重拉伸止裂试验检 验，-10 t止裂韧性值达到7 128 N/mm3/2以上，能够很好地满足超大型集装箱船关键部位止裂钢 板的使用需求。
参考文献
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3 NIPPON KAIJI KYOKAI.Guidelines on brittle crack arrest design
[J]. Class NK：2009.
4 GB/T2358—1994.金属材料裂纹尖端张开位移试验方法[S].
陈华，男,2011年毕业于北京科技大学材料工程专业，工程硕士，高级工程师。
收稿日期:2018 -03 -20
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