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随着钢铁工业的迅猛发展和产能的急剧膨胀，各钢厂必须面临来自各方面的挑战。

各钢厂应立足自身的生产条件，极力降低成本以提高产品的竞争力从而获得最大的利益。

在这种新的形势下，在不改变化学成分甚至降低合金 元素的前提下，采用热机械控制工艺(TMCP，也叫控轧控冷)可获得细化的铁素体晶粒，从而提高钢材的强度，同时改善其韧性。

世界先进钢铁公司可以将铁素体晶粒细化到5um以下。

在精轧未再结晶区进行大压下量变形，可以增加铁素体的形核位置和形核率，使晶粒细化。

此外，在添加少量微合金元素的情况下，采用加速冷却工艺可以控制热变形后奥氏体晶粒的状态，阻止奥氏体晶粒长大和碳化物析出，固定因形变引起的位错，增大过冷度，降低相变温度，进一步细化铁素体及珠光体组织；同时可以使微合金元素的碳氮化合物更加弥散析出，进一步提高了析出强化效应。

在以上研究的基础上，采用普通的Q345B低合金结构钢，在化学成分不变的前提下，通过制定合理的控制轧制和快速冷却工艺，探索出了工业上可行的轧制生产方案，通过控制相变组织和细化晶粒将Q345B低合金结构钢板的强度提升到Q420D钢板级别。

当终轧温度较高时，热轧变形在奥氏体再结晶区完成，钢板厚度中心的相变组织为较粗大的针状铁素体。

随着终轧温度的降低，热轧变形在奥氏体未再结晶区完成，针状铁素体组织逐渐细化。

另外发现，钢板1/4处的显微组织比1/2处的更加细密。

工艺1和2第二阶段的终轧温度较高，奥氏体晶粒通过反复再结晶得到细化，相变产物的尺寸取决于再结晶奥氏体晶粒的尺寸。随着终轧温度进一步降低，当处于奥氏体低温未再结晶区时，奥氏体晶粒被压扁拉长，在晶粒内形成变形带，这些变形带和奥氏体晶界提供了更多的铁素体形核点，使铁素体晶粒细化，最终的显微组织为针状铁素体＋多边形铁素体＋珠光体。

此外，钒、钛的碳氮化合物在奥氏体晶界、位错处优先析出，阻碍了铁素体和珠光体的长大。

由于钢板厚度大，快速冷却工艺的冷却强度较高，直接作用于近钢板表面区域，水冷渗透层只能达到10mm左右，距离钢板标准取样要求的厚度1/4位置较近，故钢板厚度1/4处与1/2处的冷却速率会有较大差异，故而造成钢板在厚度方向上组织存在明显差异。

表面因冷速较大，相当于直接淬火，势必出现大量马氏体；当表面冷却至贝氏体甚至马氏体相变区时，钢板心部温度仍然很高，仍处于珠光体转变区，其心部组织为针状铁素体和珠光体；而介于表面与心部之间的1/4厚度处，由于心部温度还很高，向表面散热，出现大量马氏体和少量贝氏体及铁素体的混合组织。

实验室热轧钢板的力学性能试验结果，其中括号内的为最小值，括号外的为平均值，可以看出，通过4种精轧工艺得到的钢板强韧性能都达到GB/T 1591-2008中Q420D的标准，工艺４钢板的强韧性最佳。

工艺4钢板1/2厚度处的组织最为细密，针状铁素体的晶粒间取向差较大，能够改变裂纹扩展的方向，阻碍裂纹的扩展，有利于韧性的提高。

由此可见，采用较低的终轧温度和快速冷却工艺可以更好地保证热轧钢板的强韧性。

(1)、用TMCP工艺对Q345B低合金结构钢进行精轧，其强韧性能均能满足GB/T 1591-2008的要求；采用开轧温度为780℃，终轧温度为790℃的精轧工艺处理后，试验钢的组织最为细小，而且钢板1/4厚度处的组织较1/2厚度处的明显细化。

(2)、随着冲击试验温度的降低，试验钢裂纹稳定扩展阶段的吸收能量和止裂吸收能量逐渐减小，表现为冲击功降低。

高强卷板 Q420D 7.75 1500 59.78吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420D 3.75 1500 58.89吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420D 5.75 1500 28.71吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420D 5.75 1500 28.9吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420D 3.5 1500 29.04吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420D 2.65 1500 29.11吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420D 2.65 1500 29.03吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420D 2.75 1250 21.46吨 安阳 安钢