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TMCP工藝是開發(fā)高性能厚鋼板的核心技術(shù)。采用TMCP工藝生產(chǎn)的厚鋼板與傳統(tǒng)的正火鋼相比具有突出的優(yōu)點(diǎn)，它不依賴添加較多的合金元素，只用水冷來控制鋼的組織，就可以獲得高強(qiáng)度和高韌性，用很低的碳當(dāng)量就可以制造出相同強(qiáng)度的鋼材，降低焊接預(yù)熱溫度或焊接不預(yù)熱，改善焊接熱影響區(qū)(HAZ)韌性，為采用大線能量焊接創(chuàng)造了良好的條件，如圖1所示。在保證鋼板的強(qiáng)度水平基本相同的情況下，采用TMCP工藝可使鋼的最低碳當(dāng)量Ceq由0.38%降低至0.32%，降低了預(yù)熱溫度或不預(yù)熱，顯著改善了鋼的焊接性，減少了合金元素的添加量，降低了鋼的生產(chǎn)成本和裝置的制造成本。

圖1  TMCP鋼和正火鋼的強(qiáng)度與碳當(dāng)量的關(guān)系

S.Zajac等人，以0.01%Ti-0.08%V-0.013%N鋼為例，研究了RCR（再結(jié)晶控軋）、RCR＋ACC（加速冷卻）、CR（控制軋制）等不同軋制工藝對力學(xué)性能的影響，結(jié)果示于圖2。由圖可以看出，在RCR、RCR＋ACC、CR各種工藝條件下，鋼的低溫韌性都比較好，沖擊轉(zhuǎn)變溫度ITT_40J均低于-80℃，但仔細(xì)比較時還是CR控軋工藝處理的鋼韌性最好，這是由于在CR控軋條件下，形成了非常細(xì)小的鐵素體晶粒，加速冷卻后進(jìn)一步細(xì)化了晶粒，提高了鋼的低溫韌性。CR控制軋制工藝是在比較低的溫度下進(jìn)行的，在終軋道次期間在奧氏體中析出了部分VN，因此，采用CR控軋工藝的鋼板雖然獲得了細(xì)小的鐵素體晶粒尺寸，但其強(qiáng)度仍比RCR＋ACC工藝軋制的鋼板強(qiáng)度略有降低。

圖2  不同生產(chǎn)工藝對0.01%Ti-0.08%V-0.013%N鋼板力學(xué)性能的影響

Siwecki等人研究了低溫控制軋制(CR)對0.01% Ti-0.04% V(HS-350)鋼和0.01%Ti-0.085%V-0.04%Nb(W-500)鋼厚板力學(xué)性能的影響，結(jié)果示于圖3a、b。由圖可以看出，終軋溫度對鋼的屈服強(qiáng)度有影響，當(dāng)終軋溫度從840℃降低至730℃時，鋼的屈服強(qiáng)度明顯上升。由圖還可以看出，鋼板的強(qiáng)度和韌性不僅與終軋溫度有關(guān)，還與鋼板的厚度和冷卻速率有關(guān)。隨著鋼板厚度的減小，鋼板的強(qiáng)度上升但韌性降低。這符合鋼板厚度不同引起性能變化的尺寸效應(yīng)的一般規(guī)律。

圖3  商業(yè)化生產(chǎn)的0.01%Ti-0.04%V(HS-350)和0.01%Ti-0.085%V-0.04%Nb(W-500)控軋鋼的力學(xué)性能和鐵素體晶粒尺寸與終軋溫度(a)和板厚(b)的關(guān)系

與控制軋制(CR)工藝相比，再結(jié)晶控制軋制(RCR)工藝具有明顯的工藝優(yōu)勢：生產(chǎn)效率高、軋制載荷小、鋼板平整度好和殘余應(yīng)力水平低，如圖4所示。由于控制軋制(CR)工藝是在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，軋制溫度較低，軋制變形抗力大，一次變形和累積變形都比較大，導(dǎo)致軋機(jī)負(fù)荷增加，最大軋制力提高約25%，這對老軋機(jī)比較難適應(yīng)，必要時對老軋機(jī)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改造。由圖4還可以看出，控制軋制(CR)工藝所用操作時間比較長，這是由于板坯的加熱溫度比較高，特別是含鈮鋼，為使合金元素充分固溶，加熱溫度應(yīng)不低于1200℃，而控制軋制(CR)又主要在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的低溫下進(jìn)行，由高溫到低溫的冷卻需要耽擱時間，必要時還要待溫，也需要一定的時間，再加上軋制道次比較多，因此控制軋制(CR)工藝的生產(chǎn)效率比較低，而再結(jié)晶控制軋制(RCR)工藝具有更高的生產(chǎn)效率。此外，再結(jié)晶控制軋制(RCR)工藝的終軋溫度比較高，有利于控制鋼板的平整度，減小鋼板的殘余應(yīng)力水平。

圖4  Ti-V-N采用RCR和CR方法軋制時軋制力的對比