王琦 刘吉文
华菱湘潭钢铁集团 湖南省湘潭市 411101
摘要：湘钢研发的高层建筑用钢通过正火加快速冷却方式改善钢板内部组织和实现晶粒细化，使得钢板综合性能得到提高。NCC工艺的控制要点是加热过程中温度均匀性和快速冷却过程中的板型控制。为减少对NCC工艺的影响，其成分控制及轧制工艺必须保持稳定。
关键词 热处理；NCC；高层建筑用钢
1前言
由于钢铁板材市场的巨大竞争压力，湘钢大力开发高性能高附加值的品种板、专用板，以满足市场的要求，实现品种效益，保证企业的综合竞争能力。湘钢在高层建筑用钢的开发与应用过程中投入大量工作。提高了厚板强度与冲击性能的同时，解决强冷过程中板型难以控制的技术难题。目前湘钢先进的热处理NCC工艺已运用到高层建筑用钢、深海石油平台、高等级船板等品种。
2炼钢与轧制工艺的研发
2.1工艺流程
以湘钢50-100mm厚度上海中心大厦高层建筑用钢SH-Q390GJ为例，其生产工艺采用大压下率控制轧制和后续热处理NCC技术。由于成分和轧态组织对后续NCC工艺会造成直接的影响，因此NCC前道工艺的控制与稳定也是至关重要[1]。
2.2 成分控制
表1
表1中标准成分执行GB/T 19879-2005《建筑结构用钢板》标准。为了为保证各项性能，S、P含量必须降到很低的水平。S元素使钢产生“热脆性”，使钢材变得极脆，降低钢的韧性和塑性。P元素在室温下使钢的塑性，韧性急剧降低，并使脆性转化温度升高，使钢变脆—即“冷脆”，在冷加工中易于断裂，P也使焊接性能变坏。因此入转炉铁水必须满足P≤0.025%、S≤0.015%的控制要求。碳当量CE和焊接裂纹敏感性指数Pcm的控制根据公式（1）和公式（2）计算。
CE（%）=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（1）
Pcm（%）=C+ Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B（2）
2.3 轧制工艺
轧态组织的晶粒度大小和均匀性对后续NCC工艺中返红控制和板型控制尤为重要。加热时应保证Nb元素在奥氏体中充分溶解。加热过程中注意控制加热温度，避免均热温度过高，使奥氏体晶粒显著粗化，影响最终形变晶粒细化效果，一般情况下加热温度≤1150℃。
低温大压下轧制工艺，超细晶轧制工艺，控轧控冷工艺，已广泛应用在生产中[2]。终轧温度≤850℃，保持大压下率是控轧的关键。大压下轧制，促使奥氏体晶粒在反复变形及再结晶过程中得到细化。低温轧制，抑制变形奥氏体晶粒长大，增加相变细化效果，从而细化晶粒，使钢得到高的强韧性。
3 NCC工艺的运用
NCC工艺的主要是通过正火炉和炉后快速冷却装置实现。以湘钢50-100mm厚度上海中心大厦高层建筑用钢SH-Q390GJ为例。正火温度控制在850~900℃之间。钢板在正火加热过程中，要注意钢板长度方向的温度均匀性，应注意控制加热过程中头尾温度的控制，以确保钢板头尾奥氏体转变的均匀性，减少头尾组织与性能差异。下面图1和图2为正火态头尾组织相图，头尾温差在10℃以内。
图1 500倍 头部组织 图2 500倍尾部组织
钢板正火后采用NCC快冷工艺进行细化晶粒，提高钢的强韧性。一般冷却速度控制在10-15℃/s，钢板返红温度控制在580℃左右。由于正火后冷却速度的提高，在钢板上下表面一定厚度范围内可以形成一定数量的粒状贝氏体组织，使钢板上下表面强度提高。钢板心部冷却速度较慢，有良好的塑性韧性。因此NCC工艺可以使钢板得到较好的综合性能，大大提高产品的附加值。图3为NCC冷却表面组织相图。
图3 500倍NCC组织相图 图4 钢板变形示意图
测试样板的性能结果如表2所示。其性能结果表明NCC工艺性能满足国标GB/T 19879《建筑结构用钢板》及GB/T 1591《低合金高强度结构钢》相应规定进行各项性能检测标准。
牌号 屈服强度抗拉强度Rm，MPa 伸长率（%）冲击功AKV，J
Q390GJ 390-420 500-580 22.5-31.2 121-153
表2
湘钢NCC工艺是无约束式快速冷却工艺，因此快速冷却过程中对钢板板型的控制尤为关键。在刚开始的实验过程中，我们对钢板上下表面冷却速度把握不准确，钢板在冷却过程中内应力不均匀导致严重变形。同样若成分或轧态组织分布部不均匀，在NCC冷却过程中同样会引起应力不均而导致变形的情况。这种情况下快速冷却过程中板型难以控制。下面图5为冷却过程中因上下表面冷却应力不均造成的钢板变形情况。
因此我们通过长期实践和摸索逐步掌握了如何正确的调整上下表面冷却水比和辊速，使钢板出水一次成型。减少因钢板变形造成的后续工序处理带来的成本损失。图5为NCC板型控制效果图。
图5 NCC板型控制效果图
4结语
（1）钢质成份和轧制工艺对NCC工艺具有一定的影响，特别是板型控制方面。成份不均或轧态组织不均匀会导致后期NCC快冷钢板板型控制不稳定，因此过程控制必须严格控制各项工艺参数。
（2）NCC正火工艺因注意钢板温度均匀性的控制，避免组织性能因加热不均造成较大的头尾偏差。NCC冷却工艺关键控制点在于板型控制。冷却控制过程中可通过调整水比、辊速等参数实现板型的控制与调整。
（3）湘钢NCC工艺主要是通过正火+快速冷却实现晶粒细化，从而提高钢的强韧性。目前湘钢以开发的高层建筑用钢、深海石油平台用钢、高等级船板用钢均通过NCC工艺投入大批量生产与供货。
参考文献：
[1]柴昶 我国建筑钢结构用钢材的现状与展望[J]，钢结构，2001，1（16）：1-6.
[2]李志明 钢结构发展对高性能钢材的需求[J]，产业透视，2004，10（1）：45-52.
论文作者:王琦,刘吉文
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/4/1
标签：钢板论文; 工艺论文; 晶粒论文; 正火论文; 过程中论文; 组织论文; 性能论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;