首钢宽厚板产线概况及高端品种钢开发
1 宽厚板产线概况
2019年，首钢在京唐公司建成两条中厚板产线，其中4300mm产线以宽（≤4050mm）、厚（≤380mm）钢板为主，3500mm产线发挥薄（最薄6mm）、窄（≥1050mm）规格优势实现整单接单，热处理及矫直、压平设备两条产线共用，打造高端板材生产基地。京唐3500mm产线是由原3500mm和3300mm集成迁建，于2017年9月投产；京唐4300mm产线为首秦4300mm产线迁建，于2018年12月投产。产线搬迁的过程同时也是工装升级的过程，主要增设了VD精炼炉替代原来的RH精炼炉。连铸流程增加了连铸重压下、电磁搅拌等板坯质量控制装备。主轧线改进了加热炉，增加了台车式板坯加热炉，延长了超快冷装备，增设预矫直机、温矫直机，增加了缓冷坑，增设电磁自动探伤装备。三座连续式热处理炉满足淬火、正火、回火产品需求，年热处理能力48万吨，提升热处理产品交货能力。车底式炉及淬火槽，满足100mm以上特厚板热处理需求。新建薄规格淬火机，可实现厚度≥4mm薄规格热处理。整体制造能力及产品质量控制能力提升明显。
2 品种钢开发
首钢京唐宽厚板产品包含桥梁钢、管线钢、工程机械用钢、船舶及海洋工程用钢、水电钢、复合板等涉及国计民生各个领域的品种。高强钢产品累计供货300多万吨，强度级别420-1200MPa级，NM360-NM500最大供货厚度130mm，主要用于工程机械、煤矿机械、矿山机械等高强度焊接结构用钢，国内用户包括徐工集团、三一重工、中联重科、太原重工、郑州煤机、北京煤机、张家口煤机、平顶山煤机等，国外出口到欧洲、南美洲等地区。
2.1 盾构机用130mm厚Q690D特厚板
该产品生产过程容易产生开裂，且钢板探伤、强韧性匹配难以达到要求，首钢京唐主要通过轧制过程、热处理过程组织遗传控制，解决了特厚规格高强钢强韧性匹配，并通过优化精整工序解决开裂问题。该公司开发的130mm厚Q690D特厚板屈服强度达到751MPa、抗拉强度达到827MPa，伸长率为19%，-20℃冲击功（Akv）平均值达到170J。该产品使用性能良好，主要用于制作盾构机刀盘。
2.2 低成本大型液压支架用超高强钢
高强钢大型液压支架是高强钢的重要用途之一，主要用于顶梁、掩护梁、连杆等关键支撑部位。首钢京唐于2013年开始批量供应Q890D级别高强钢，现可制造厚度10-100mm该级别钢种，近期通过DQ+回火工艺制造的Q890D级别超高强钢批量应用于大型液压支架制造，由于采用了形变热处理相结合的工艺，明显细化了晶粒，产品的贵重金属含量降低，工艺成本、合金成本降低明显，交货期缩短约15天，很快在国内矿机龙头企业得到推广。
2.3 高品质工程机械用超高强钢
超高强钢主要用于起重机吊臂、回转台等关键部位，对于钢板的性能均匀性、板形平整度、焊接性等要求较高，首钢于2012年开始供应Q960E等超高强钢产品，现结合市场用户需求，首钢京唐增加了用于生产超高强调质钢的薄规格淬火机，可实现4-100mm超高强钢的生产。
2.4 矿车用高韧性耐磨钢
高韧性耐磨钢主要用于矿车车厢等部位，一般以薄、宽规格为主，对钢板的低温冲击韧性、板形平整度、焊接性等要求较高，首钢京唐已批量供应NM400和NM450级别同时满足-40℃冲击韧性等矿车车厢用耐磨钢产品，已成熟供货于龙头机械工程用户。
2.5 高表面质量钢板
表面质量是中厚板的重要评价指标之一。近期，装配式建筑设备所用的模台钢对此项指标提出了更高要求。钢板所需厚度规格一般为8-12mm，宽度规格3500-4000mm，不平度一般要求≤4mm/m，在兼顾薄宽规格板形的同时，如何在钢板表面形成致密且均匀的氧化铁皮也是关键控制点。主要通过加热制度、除鳞制度等优化，提高铁皮中Fe3O4比例，通过轧制及冷却工艺优化保证钢板在高塑性区变形，实现钢板的平直度与高表面质量兼顾。
2.6 纵向变厚度钢板
纵向变厚度钢板作为一种节约型绿色钢板，具有减轻结构重量、减少焊缝、提高抗震性能等优点，在提高钢结构综合效益方面具有显著优势，有着很好的应用前景。首钢于2017年开展LP钢研制，目前具备多种形状LP钢板的开发能力，厚度覆盖30-80mm，单板厚度最大变化量40mm。
3 高强钢研发
在线淬火工艺是钢板在主轧线直接淬火，不仅节能而且可以缩短成品钢板的交货周期，是一种短流程、减量化生产调质钢的绿色工艺。近年来随着轧后水冷装备以及板形控制能力的不断进步，如超快冷、预矫直机、温矫直机等设备的投入使用，为工艺推广提供了硬件支撑，各大中厚板厂依托新装备陆续开展了工艺的研究与应用，解决了板形、性能一致性等问题，目前此工艺广泛应用于工程机械用高强钢、容器钢、耐磨钢等产品的制造过程中，但产品的冲击韧性明显低于离线淬火的生产工艺,这是行业共同面临的问题之一。诸多钢厂采用提高回火温度的方法提高产品韧性，但是效果不明显。
3.1 在线淬火钢板冲击韧性低的原因分析
与离线淬火相比，在线淬火后，钢板的组织主要由微细的马氏体、贝氏体等组成。如果为马氏体组织，则其主要构成是马氏体束、马氏体包和其内部所包含的大量高密度位错。直接淬火生产的调质钢板，强度主要由位错密度和析出强化等因素决定，而韧性一般由相对于断裂的实际组织的微细程度决定，即与大角度晶界所包围的结晶单位尺寸的大小有关，如果是马氏体组织，则由马氏体晶包尺寸决定。根据轧后钢板的奥氏体再结晶状态的不同，轧后直接淬火技术可分为奥氏体再结晶区直接淬火和奥氏体未结晶区直接淬火。所采用的直接淬火工艺不同，淬火后钢板的强韧效果亦有所不同。受到生产节奏、工艺认识等方面的影响，各钢厂广泛采用未再结晶区域完成轧制后直接淬火，采用此工艺所生产的钢板强度偏高而冲击韧性较低。原因是轧制后钢板的奥氏体晶粒主要呈现出扁平状，这种形态的奥氏体在随后的直接淬火过程中，容易形成贯穿原始奥氏体晶粒的马氏体板条，并且取向较为一致，不利于阻止裂纹的拓展, 所以韧性较低,达不到离线淬火的水平。
3.2 提高在线淬火钢板韧性的技术研究
在线淬火工艺一般用于生产屈服强度550MPa以上的调质高强钢，如果在轧制阶段调控奥氏体，达到与离线淬火时相似的形态与尺寸，包含类似离线淬火组织的等轴状晶粒及晶粒内部板条取向多样化的特征，同时利用在线淬火工艺前的轧制变形储能提高后续相变过程中的相变形核率，这就促进了晶粒内部的板条细化特征的形成，可以达到良好的强韧性匹配。而更高强度的钢板，如屈服强度达到690MPa的钢板，在上述内容的基础上，需进一步通过微合金元素碳氮化物的回火析出作用提高强度，这样能实现更高强度钢板的强韧性平衡，韧性提升思路如图1所示。
试验钢板与常规在线淬火工艺、离线淬火工艺钢板性能对比如表1所示，其中，RDQ工艺表示为再结晶区轧制后在线淬火，NRDQ工艺表示为钢板在未再结晶区域完成轧制后在线淬火。从表1中可见，钢板600℃回火后，RDQ工艺状态钢板冲击韧性提升明显，-20℃冲击功均值达到239J，强度略低于采用NRDQ工艺的钢板，试验钢板的强韧性匹配良好，冲击功达到与离线淬火相当的水平。
表2为不同状态钢板的性能，其中3#试样为传统离线调质状态性能，4#为再结晶区域轧制直接淬火钢板性能，5#为未再结晶区域轧制直接淬火钢板性能，从表2中可看到，3#试样屈服强度最低，4#试样屈服强度最高；与5#试样相比，4#试样-20℃冲击功值提升较多，达到189J，改善较为明显。
3.3 应用效果
针对现在应用较为普遍的在线淬火工艺所制造的高强度钢板韧性偏低问题提出了优化措施，分别在Q550MPa级别、Q690MPa级别钢板进行了工业试验，得出如下结果：
1）优化了在线淬火工艺制造Q550MPa级钢板，奥氏体晶粒呈细小等轴形态直接淬火，充分发挥在线淬火工艺轧制过程保留的位错、细晶强化作用，钢板韧性提升较为明显，达到与离线调质相当的水平。
2）在线淬火试验工艺试制Q690MPa级钢板，轧制变形后的晶粒等轴较为细小,再通过Nb、V、Ti微合金复合强化，增强回火过程的析出作用，相比于控轧在线淬火工艺，钢板强韧性平衡提升明显，综合性能优良。
3）优化的轧制工艺可减少实际生产过程中的板坯待温时间，也可降低轧机轧制负荷，据估算，主轧线的生产效率提升约20%。
4）优化的连续轧制工艺，塑性变形温度应根据实际钢板的成分而定，一般高于Tnr温度之上，但应避免过高的终轧温度导致淬火前奥氏体晶粒异常长大。
（路士平 王凯凯 马龙腾）
《世界金属导报》
2023年第37期 B04
推荐阅读
精彩视频推荐
内容来源：http://www.worldmetals.com.cn/
版权说明：版权归原作者所有，如有侵权请联系删除；文章内容属作者个人观点，不代表本报观点和立场。转载请注明来源；文章内容如有偏颇，敬请各位指正；如标错来源，请跟我们联系。
欢迎与世界金属导报合作，电话 18127167276 18911030405（微信同号）
扫码关注我们
微信号｜sjjsdb
视频号｜世界金属导报
010-65221976
微信品牌推广电话
《世界金属导报》
邮发代号：1-241
国内统一刊号：CN11-4676/F
全年定价：288元/年
全国各地邮局订阅
订阅电话：010-65221976
投稿信箱：
daobao@worldmetals.cn
发现“分享”和“赞”了吗，戳我看看吧