超低碳贝氏体钢是国际上近20年来成长起来的高强度、高韧性、焊接机能优良的新钢系，被国际上称誉为21世纪钢种，是现代冶金临盆技巧与物理冶金研究成果相结合的产品。这类钢应用现代炼钢办法，采取钢包精华精辟及连铸技巧，钢中参加进步淬透性的元素如Mn、Cu、Mo、B等，经由过程控制轧制控制冷却甚至在空冷的前提下，变形奥氏领会改变成极为渺小的各类形态的贝氏体板条组织，并经由过程Nb、Ti、Mo、Cu的析出强化，从而使钢材的屈从强度大幅度进步，可达500～900N／mm2。钢种韧脆改变温度在－80～－100℃阁下，－20℃V型缺口冲击值达到400J以上。这类钢的合金设计改变了传统高强度低合金钢的设计思路，钢中碳含量已降到0.03%～0.04%阁下，是以碳的伤害、碳化物析出的影响等问题已完全清除，故这类钢材的焊接机能极佳，热影响粗晶区在各类冷却前提下均能获得极高韧性的贝氏体组织，可以实现焊前不预热、焊后不热处理。因为其韧性明显高于同强度级其余通俗微合金钢，并且可以或许很好地解决机能、成本、利润和能源之间的抵触，故这类钢在美国、英国、日本、德国等蓬勃国度的石油天然气管线用钢、工程机械、海洋举措措施、汽车、桥梁、造船、军舰、压力容器等范畴获得了广泛的应用。今朝已成为与传统的铁素体－珠光体钢、马氏体淬火回火钢并列的一大新钢类。
社会需求、下出世产成本和包管优胜的焊接机能等身分是成长超低碳贝氏体钢的重要动力。现代冶金临盆技巧（钢包冶金技巧＋TMCP技巧）的成长和Nb、V、B等微合金元素的研究应用的周全成长，推动了超低碳贝氏体钢的研究与成长。今朝，世界上已根本形成C－Mn－Nb－B、C－Mn－Cu－Nb－B（Cu－Nb）为主的两大系列超低碳贝氏体钢，抗拉强度大都在600～800N／mm2范围。
鞍钢与北京科技大学合作，结合鞍钢厚板厂工艺设备前提，采取TMCP、RPC技巧和微合金化技巧，研制开辟出屈从强度500～600N／mm2级别（钢号有HQ500DB、HQ550B、HQ590DB、HQ685DB等）的最大厚度达60mm的系列高强度、高韧性、焊接机能优良的超低碳贝氏体钢厚板。鞍钢开辟的新一代超低碳贝氏体系列高强度焊接构造钢合金设计为Mn－Cu－Nb－B、Mn－Mo－Cu－Nb－B等，采取了转炉冶炼、炉外精华精辟（RH、VD、LF等）、连铸、热送热装、TMCP、RPC等工艺技巧，充分应用微合金元素Nb、Ti、B等元素的细晶强化和沉淀强化的感化以及控制轧制控制冷却等技巧，削减合金元素含量，降低碳含量、碳当量，进步钢种的强度、韧性和焊接机能，并在煤矿机械、工程机械、压力管道等范畴获得应用，共计试制50000余吨，具有优胜的经济效益和社会效益。
同时鞍钢采取贝氏体钢临盆技巧，开辟了低碳贝氏体型的第三代高机能桥梁用钢（钢号有Q420qD／E、Q460qD／E等）等高机能Nb微合金化钢种。
1500N／mm2级别煤矿机械、工程机械用含Nb贝氏体型厚板
500N／mm2级别厚板的成分设计
超低碳贝氏体钢中常用的合金元素有C、Si、Mn、Mo、Nb、Ti、B、Cu、Ni等，根据鞍钢临盆设备及工艺前提，推敲临盆产品的经济性，结合500N／mm2级别机能目标，设计该强度级别厚板化学成分的思路如下：
(1)C：碳对钢的强度、韧性、焊接机能和冶炼成本影响很大。C低于0.04%则须要采取真空精华精辟；C高于0.08%，则生成组织中贝氏体组织削减并出现珠光体组织，使强度、伸长率和韧性降低，最合适的区间在0.03%～0.08%。
(2)Mn：锰是进步强度和韧性的有效元素，对贝氏体改变有较大的促进感化，在超低碳前提下后果更为明显，并且成本十分低廉，是以在500N／mm2级别厚板中把Mn元素作为重要添加元素之一。
(3)B：硼元素是超低碳贝氏体钢中重要的成分，它可以或许进步钢的淬透性，参加极微量的B就会有明显的后果，明显推迟奥氏体向铁素体、珠光体的改变，当有Nb同时存在时，B的感化加倍凸起。当B含量低于0.0005%时，进步淬透性的后果不大；当B的含量为0.001%时，就会使钢的组织全部改变为贝氏体；高达0.003%时，淬透性达到饱和，此时会有Fe23(CB)6的析出；高于0.003%，淬透性降低，钢的韧性恶化，且会形成低熔点共晶体，集中于晶粒的界线，这将引起热脆性，增长热压力加工艰苦。
(4)Nb：铌是超低碳贝氏体钢中的重要添加元素，它可以或许有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻拦奥氏体晶粒长大，进步奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时改良强度和韧性；它与微量的B元素复合感化，可以明显地进步淬透性，促进贝氏体改变，时效析出强化。跟着Nb在钢中的消融度增大，形成贝氏体的趋势增大。
(5)Ti：参加微量的钛，是为了固定钢中的氮元素，从而确保B元素的进步淬透性后果。B与O、N的亲合力较大，假如参加的微量B与钢中的O、N起感化，B的促进贝氏体改变的感化将消掉。是以，必须将钢中气体尽量降低，参加足够量的Al、Ti进行完全脱氧和固氮，才能充分发挥B的有效感化。在最佳状况下，Ti、N元素形成氮化钛，阻拦钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改良母材和焊接热影响区的韧性。Ti低于0.005%时，固氮后果差，跨越0.03%时，固氮后果达到饱和，多余的Ti将会使钢的韧性恶化。当钢中的Ti、N原子之比为1∶1时，TiN粒子最为渺小且分布弥散，对高温奥氏体晶粒的细化感化最强，不仅可获得优良的韧性，并且可以或许实现大线能量焊接。此时响应于Ti、N重量之比为3.42。
(6)Si：硅是炼钢脱氧的须要元素，也具有必定的固溶强化感化，当低于0.05%时，难于获得充分的脱氧后果；跨越0.6%时，钢的干净度降低，韧性降低，可焊性差。
(7)Al：铝是脱氧元素，可作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01%时，后果较小；跨越0.07%时，脱氧感化达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。
(8)Cu：铜不仅对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响，又可使母材的强度进步，并使低温韧性大大进步，还可进步耐蚀性。在超低碳贝氏体钢中参加Cu，可应用Cu－B的综合感化，来进一步进步钢的淬透性，促进贝氏体的形成。但Cu含量高时钢坯加热或热轧时易产生裂纹，恶化钢板外面机能，故必须添加适量的Ni以阻拦这种裂纹的产生。
(9)Ni：镍对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响，又可使母材的强度进步，并使低温韧性大大进步。其为名贵元素，导致钢的成本大幅度上升，经济性差。在500N／mm2级别中添加Ni元素的目标主如果阻拦含Cu量高的钢坯在加热或热轧时产生裂纹的偏向。
(10)钢中的杂质元素的上限控制在P≤0.02%，S≤0.01%，以进步钢的韧性。控制N≤0.006%，以避免形成B的氮化物，使B的淬透性掉效。
最终试制该级别厚板的化学成分范围控制其Ceq≤0.40%，Pcm≤0.20%。
2600N／mm2级别煤矿机械、工程机械用含Nb贝氏体型厚板
600N／mm2级别成分设计
600N／mm2级别成分设计思路与500N／mm2级别厚板化学成分的设计根据类似，应用超低碳贝氏体钢的常用化学元素C、Si、Mn、Mo、Nb、Ti、B、Cu、Ni等，只是各元素含量不尽雷同。尤其为了充分应用Nb元素对贝氏体相变的促进感化、晶粒细化感化和沉淀强化感化，将Nb元素的目标含量进步到最初的1.5倍,后果十分优胜。调剂成分后，不只机能完全可以或许知足用户请求，并且大大降低了其合金成本。
Nb在600N／mm2级别钢连铸坯加热过程中的变更规律
在轧前加热过程中，连铸坯凝固过程中析出的Nb的碳氮化物最终将产生消融，从新固溶于奥氏体中。为了研究600N／mm2级别连铸钢坯在不合加热轨制下，钢中Nb的碳氮化物的消融析出行动，在实验室进行了模仿加热实验。模仿加热实验工艺参照鞍钢厚板厂加热炉的加热过程制订，加热升温速度0.08～0.12℃／s，均热时光60min，全部加热过程约240min，选择了950～1150℃温度区间进行实验，设备采取大功率电阻加热炉。
模仿加热实验停止后，急速在水中进行淬火，然后采取化学分析办法进行析出物数量考验。成果注解，跟着加热温度由1030℃升高到1150℃，钢中的固溶Nb升高到95%阁下，析出Nb仅仅占5%阁下。然则，在加热温度为1030℃时，钢中的固溶Nb、析出Nb与未经由加热的连铸坯中固溶Nb、析出Nb处于一致程度。该钢种连铸坯在1030℃以下加热时，连铸坯中会先产生Nb的析出，其固溶Nb逐渐削减，当加热温度逐渐升高到某一温度后，开端阶段析出的Nb又逐渐回溶，使钢中的固溶Nb含量又逐渐升高。
3高机能桥梁用钢（Q420qD／E－Q460qD／E）
高机能桥梁用钢成分及工艺设计
采取超低碳贝氏体钢工艺路线临盆高机能桥梁钢，是近年来的桥梁用钢的成长趋势。因为将碳含量控制在很低的范围（≤0.05%），使得钢在具有高强韧性的同时，具有极佳的焊接机能。同时因为贝氏体组织平均性好，使得各部分电极电位差较小，使钢板具有较强的耐蚀才能。20世纪90年代以来，日本川崎制铁公司接踵开辟了焊接机能优胜的570N／mm2级别（HT570，抗拉强度570N／mm2）和780N／mm2级别（HT780，屈从强度大于685N／mm2）非调质超低碳贝氏体耐大气腐化桥梁钢。因为该类钢板焊接预热温度降低到50℃阁下，是以在明石海峡大桥项目中获得了大量应用。HT780已经用于明石海峡桥的加劲钢板。HT570同样为超低碳贝氏体厚钢板，焊接不须要预热，最大厚度可达75mm。2000年日本川崎又开辟出桥梁用超低碳贝氏体型耐盐厚钢板,这种钢板不经涂层就可以在海滨地区应用,其Ni含量增长到2.5%，故使其耐盐特点大大进步，且具有优胜的焊接机能。可临盆的抗拉强度级别有400N／mm2、490N／mm2、570N／mm2三种，板厚最大50mm。
迟缓，从上世纪60年代至90年代，接踵开辟了16Mnq、15MnVq、15MnVNq、14MnNbq，然则强度都处于较低程度，焊接机能和低温韧性也不睬想。GB／T714－2000《桥梁用构造钢》标准中规定了Q235、Q345、Q370、Q420四种强度级其余桥梁用钢，其最高强度级别Q420的化学成分也仅仅是在Q345级其余基本上许可添加了微量的Nb、V、Ti等元素，实际就是本来的15MnVNq，该钢种低温韧性、焊接机能差，在九江大桥制造后，该钢种未能获得推广应用。固然该GB／T714－2000《桥梁用构造钢》标准制订较晚，然则其内容已经大大落后于冶金技巧的成长。
国内高强度桥梁用钢存在的问题是焊接机能差，须要预热，不克不及够适应较大线能量焊接。桥梁制造厂急切欲望可以或许临盆出焊接机能优良且不须要预热的新型钢种。为了使国内桥梁用钢尽快赶上世界桥梁用钢先辈程度，鞍钢近年成长了贝氏体类型的桥梁用钢Q420qD／E－Q460qD／E，其成分设计为低碳（≤0.07%），参加Mn、Cu、Cr、Ni、Nb等合金、微合金元素，采取微Ti处理、Ca处理及TMCP工艺，极大地改良了钢的低温韧性和焊接机能，同时使该系列钢种具有必定的耐候机能。
http://www.sdwffg8.com/
