1、近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及超高層、大跨度鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)項(xiàng)目的不斷增加，機(jī)械和建筑用厚鋼板的市場(chǎng)需求量越來越大，對(duì)鋼板厚度規(guī)格要求不斷增加，性能要求不斷提高。本文結(jié)合某寬厚鋼板聯(lián)合研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目中HSLA優(yōu)質(zhì)特厚板開發(fā)課題，以Q345和Q420級(jí)別鋼為研究對(duì)象，通過基礎(chǔ)理論研究、實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)、變形過程力學(xué)分析和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試制，對(duì)60～120mm Q345E和110mm Q420E特厚板生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究。重點(diǎn)分析了軋制和熱處理工

2、藝對(duì)Q345和Q420厚板組織和性能的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室軋制工藝向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的技術(shù)轉(zhuǎn)移，對(duì)Q345特厚板現(xiàn)場(chǎng)試制過程中探傷合格率較低的原因進(jìn)行分析，最終實(shí)現(xiàn)Q345級(jí)特厚板的工業(yè)化生產(chǎn)，成功試制出110mm Q420E高強(qiáng)度低合金鋼產(chǎn)品。論文主要工作及研究成果如下:
　　(1)以Q420鋼厚板為研究對(duì)象，在Gleeble-2000熱模擬機(jī)上進(jìn)行了不同參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，研究了變形溫度、變形量和應(yīng)變速率對(duì)Q420鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為和奧氏體熱

3、變形后等溫保持時(shí)間里的靜態(tài)再結(jié)晶行為的影響，建立了實(shí)驗(yàn)鋼的變形抗力模型和靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型。采用一維隱式差分法和ANSYS有限元軟件模擬特厚板粗軋過程中厚度方向溫度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)分布，結(jié)合高溫再結(jié)晶行為實(shí)驗(yàn)結(jié)果來分析特厚板厚度方向不同位置的再結(jié)晶發(fā)生條件。
　　(2)通過對(duì)Q420特厚板連續(xù)冷卻相變研究得出，隨著冷卻速度提高，鐵素體相變丌始轉(zhuǎn)變溫度降低，相變后鐵素體晶粒細(xì)化;貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度先升高后降低，貝氏體轉(zhuǎn)變量逐漸增加。隨著

4、變形量的增加，CCT曲線整體向左上方移動(dòng)，變形促進(jìn)了碳原子擴(kuò)散進(jìn)而加速了鐵素體相變，使相變溫度升高，相變進(jìn)程加快。隨著變形溫度的降低，鐵素體相變溫度升高，擴(kuò)大了鐵素體區(qū)，貝氏體相變溫度降低。實(shí)驗(yàn)鋼在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形，其冷速所達(dá)到范圍內(nèi)CCT曲線存在較寬的鐵素體析出區(qū)域，變形組織為先共析鐵素體+珠光體，因此，對(duì)于此鋼種的開發(fā)，可以充分利用其連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點(diǎn)，綜合利用細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化方式來提高鋼板的性能。
　　(3)研究了

5、丌軋溫度、冷卻速度等參數(shù)對(duì)Q345和Q420特厚板組織和性能影響規(guī)律和不同軋制方式對(duì)Q420特厚板組織和性能的影響。結(jié)果表明，采用TMCP工藝生產(chǎn)Q420特厚板時(shí)，在總壓下率一定的情況下，加大未再結(jié)晶區(qū)總壓下率，鋼板的屈服強(qiáng)度提高，抗拉強(qiáng)度略有升高，斷后伸長(zhǎng)率略有降低，同時(shí)，鋼板的沖擊韌性得到改善，低溫沖擊韌性改善尤為顯著。與UPR工藝軋制厚板相比，TMCP工藝鋼板心部的強(qiáng)度和韌性明顯提高，斷后伸長(zhǎng)率變化不大，這是由于奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧

6、氏體未再結(jié)晶區(qū)晶粒細(xì)化機(jī)理不同所致。
　　(4)與熱軋態(tài)鋼板相比，不同軋制工藝Q420鋼板經(jīng)正火熱處理后，鋼板的屈服強(qiáng)度降低，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率變化不大，低溫沖擊韌性顯著提高。相同軋制工藝條件下，鋼板在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)隨著正火溫度的降低，強(qiáng)度變化不大，但是韌性得到明顯改善。這是由于正火溫度降低，第二相粒子溶解析出數(shù)量較少，尺寸較小，奧氏體的晶粒長(zhǎng)大較慢，兩方面都對(duì)提高鋼板韌性有利。鋼板熱處理前的軋制方式對(duì)熱處理后鋼板的性能影響不大

7、，這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)正火溫度范圍內(nèi)，奧氏體化后奧氏體晶粒尺寸差異較小所致。
　　(5)將實(shí)驗(yàn)室研究成果應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，摸索出適合現(xiàn)有寬厚板生產(chǎn)線規(guī)格60～120mmQ345E特厚板生產(chǎn)工藝，采用C-Mn鋼成分，兩階段控制的TMCP工藝，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定工業(yè)生產(chǎn)。經(jīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，此工藝生產(chǎn)厚板25萬t，性能合格率達(dá)92％，探傷合格率達(dá)99.21％。確定了Q420鋼的化學(xué)成分、熱軋和熱處理工藝參數(shù)，摸索出適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的Q420厚板最佳生產(chǎn)工藝，

8、并在現(xiàn)場(chǎng)成功試制出110mm Q420E高強(qiáng)度低合金鋼產(chǎn)品。
　　(6)在現(xiàn)場(chǎng)原有Q345級(jí)別特厚板TMCP成熟生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，通過挖掘軋機(jī)設(shè)備潛力，提出微合金元素減量化、生產(chǎn)工序減量化的低速大壓下特厚板生產(chǎn)工藝—UPR軋制工藝。對(duì)此工藝金屬變形特點(diǎn)進(jìn)行分析，采用連續(xù)速度場(chǎng)和上界功率法，運(yùn)用積分中值定理和矢量?jī)?nèi)積的方法求解和分析軋制過程力能參數(shù)，對(duì)此工藝的可行性進(jìn)行分析。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證實(shí)該工藝生產(chǎn)的特厚板強(qiáng)韌性能匹配良好，在增加