HSLA钢新国标与新一代TMCP工艺-哈尔滨职业技术学院学报

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HSLA钢新国标与新一代TMCP工艺

来源：未知作者：hsadmin 日期：2020-10-28

本文来自哈尔滨职业技术学院学报官网。
【摘要】GB／T1591—2018新标准的一些重要变化：将Q345更新为Q355、启用上屈服强度作为划分钢级的标准（和国际接轨）、增加了订货内容、修改了技术条件。新国标强调新技术与国际化，我国新一代TMCP工艺具有独立的体系，GB／T1591—2018新标准列出热机械轧制（TMCP）类钢材，这为我国钢铁发展与我国钢铁国际化奠定了基础。
【关键词】低合金高强度结构钢；GB／T1591—2018；Q355；上屈服强度；TMCP
低合金高强度结构钢（High strength low alloystructural steels），简称HSLA钢，主要用作各种工程构件，例如大型桥梁、建筑、船舶、车辆、压力容器、大型结构等方面，是在碳素结构钢的基础上添加了少量合金元素而制成的，具有较高强度的工程结构用钢，是为了适应大型工程结构减轻结构重量，提高可靠性及节约材料的需要而发展起来的。2018年05月14发布低合金高强度结构钢标准GB／T1591—2018¨1，2019年02月01日开始实施。新标准所代替标准的历次版本发布情况为： GBl591—1979、GBl591—1988、GB／T1591—1994、GB／T1591—2008／2-31。新标准共十部分，标题为：范围；规范性引用文件；术语和定义；牌号表示方法；订货内容；尺寸、外形及重量；技术要求；试验方法；检验规则；包装、标志及质量证明书。外加附录A——国内外标准牌号对照表。
一、我国低合金高强度结构钢国家标准牌号的变化
刚开始，我国低合金高强度结构钢牌号由成分表示，例如16Mn，表示钢的成分。2018年低合金高强度结构钢牌号由代表屈服强度“屈”字的汉语拼音首字母Q、规定的最小上屈服强度数值、交货状态代号、质量等级符号（B、c、D、E、F）四个部分组成。交货状态为热轧时，交货状态代号AR或WAR可省略；交货状态为正火或正火轧制状态时，交货状态代号均用N表示。示例：Q355ND。其中：Q一钢的屈服强度的“屈”字汉语拼音的首字母；355一规定的最小上屈服强度数值，单位为兆帕（MPa）；N一交货状态为正火或正火轧制；D一质量等级为D级。表1列举了我国低合金高强度结构钢的牌号变化。
早期，我国低合金高强度结构钢参照前苏联标准，一个牌号对应一个成分和性能，例如应用广泛的是16Mn钢，是以控制化学成分和力学性能来保证产品质量。1994年低合金高强度结构钢启用强度级别的牌号（例如：Q345），强调应用性，引进“碳当量CEV”，保证力学性能，便于生产厂家的生产及工艺控制。随着技术的革新与应用，2008年国标牌号对强度级别进行了升级，取消了Q295钢，增加了Q500、Q550、Q620、Q690等系列钢。由于我国国际市场的发展需要，2018年新国标将常用材料Q345牌号改为Q355，跟欧盟标准的$355钢材牌号对应，牌号参照ISO国际标准进行修订，这样长期应用的Q345钢退出历史舞台。国标对不同工艺生产的钢在牌号上也予以区分，热轧钢牌号后加AR，AR可以忽略，例如Q355（AR），正火、正火轧制钢牌号加N，例如Q355N，热机械轧制（TMCP）钢牌号后加M，例如Q355M。
二、GB／T1591—2018启用了上屈服强度
2018年低合金高强度结构钢国标启用“上屈服强度ReH”来区分钢强度级别，而2008年国标用的是“下屈服强度ReL”来区分钢的级别。钢的拉伸曲线中上屈服强度比下屈服强度高，据实测数据分析，上屈服强度ReH比下屈服强度ReL高约10～20MPa。表2对比了Q355与Q390级别新旧国标的屈服强度，对应公称厚度或直径条件下，屈服强度值提高10MPa，2018年国标中Q420、Q460等钢级的“屈服强度”也进行了修改。这样，我国工程结构钢GB／T700（（碳素结构钢》与GB／T1591《低合金高强度结构钢》等均用“上屈服强度ReH”，与ISO等标准接轨，便于我国工程结构国际化。
另外，新国标取消了质量等级为A级别的钢，增加了质量等级为F级别的钢。质量等级主要是冲击韧性的区别，A、B、C、D、E、F是同级别钢在不同温度下钢材的冲击吸收能量KV，其中A级不要求冲击试验，B、C、D、E、F级分别是在200C、0。C、一20℃、一40℃、一60℃等温度下的冲击韧性要求。例如，Q355NF就是提出在一60℃下钢的冲击韧性要求，这里也是对钢低温性能提出的要求。
三、GB／T1591—2018修订技术条件增加了订货内容
（一）技术条件修订
2008版标准中规定钢材的交货状态有热轧状态、控轧状态、正火状态、正火轧制或正火加回火状态、热机械轧制或热机械轧制加回火状态等五种，不同交货状态下，牌号的化学成分、碳当量、力学性能都是相同的，标准的可操作性不强，更不利于新工艺、新材料的推广应用。例如，2008年标准中Q390钢的化学成分，是指五种供货状态下的相同成分要求。
GB／T1591—2018中对不同交货状态分别规定牌号和化学成分等，2018标准将交货状态分成热轧钢、正火和正火轧制钢、热机械轧制（TMCP）钢三种情况，每种交货状态分别规定牌号的化学成分、碳当量及焊接裂纹敏感性指数、力学性能等，这样生产厂家在组织生产方面更灵活，在新工艺（TMCP）推广方面更具有引导作用。例如，2018年标准中Q390M的化学成分，只规定了热机械轧制供货状态下的钢化学成分要求。
（二）增加了订货内容
GB／T1591—2018增加了订货内容，按本标准订购的合同或订单应包括下列内容：
a)本标准编号；b）产品类型；c）钢的牌号（钢级+质量等级）；d）尺寸、外形及允许偏差；e）交货的重量（或数量）；f）所有要求的选择内容。
可选择内容包括：a）碳当量（CEV）或焊接裂纹敏感性指数（Pcm）；b）添加合金元素及其含量；c）供应商品钢坯时的化学成分下限；d）成品分析；e）冶炼方法；f）冲击试验温度及冲击试验取样方向；g）弯曲试验；h）厚度方向钢性能；i）表面质量；j）无损检测；k）冲击试样的取样位置。
碳当量（CEV）由熔炼分析成分按式（I）计算，焊接裂纹敏感指数（P（3m）由熔炼分析成分按式（2）计算：
CEV（%）=C+Mn／6+（Cr+Mo+V）／5+（Ni+Cu）／15………………………………………（1）
Pcm（%）=C+S∥30+Mn／20+Cu／20+Ni／60-I-Cr／20+Mo／15+V／10+5B…………………（2）
四、新一代TMCP与低合金高强度结构钢
热机械轧制（TMCP）是指钢材的最终变形在一定的温度范围内进行的轧制工艺，从而保证钢材获得仅通过热处理无法获得的性能的工艺。TMCP技术是20世纪钢铁业最伟大的成就之一。低碳低合金高强钢TMCP生产工艺主要是在“微合金化”条件下，使用“低温大压下量”控制奥氏体再结晶区和非再结晶变形，达到细化晶粒的目的，实现细晶强化，同时在制轧后冷却过程中控制冷却速度以达到相变强化的技术路线。TMCP技术有力地推动优质钢铁材料的生产，二十世纪，我国却缺少核心技术。
大压下量对轧制设备提出了挑战，轧机性能接近极限，同时大压下量使钢材表面质量易产生缺陷。本世纪初，我国科学家提出通过降低合金元素使用量，采用“适当控轧+超快速冷却+接近相变点温度停止冷却+后续冷却路径控制”，结合传统TMCP技术实现资源节约型、节能减排型的绿色钢铁产品制造过程，其核心是超快速冷却技术与装备，该技术在2007年被系统提出，命名为“新一代控制轧制和控制冷却工艺（NG—TMCP）”。通过消化引进技术及自主集成，我国已形成新一代TMCP的工艺原理一关键装备技术一材料（产品）的全链条创新，“热轧板带钢新一代控轧控冷技术及应用”项目获得2017年度国家科技进步奖二等奖。
新一代TMCP工艺虽然也是控轧控冷，核心是超快冷却技术以及由此而开发的超快冷却设备，对于不同的材料也形成了相应的工艺原理，我国科学家从实验室到TMCP成产线进行了大量创新，形成了自有的知识产权。能够实现微合金化、成分简单的钢铁材料满足多样化要求的性能指标。新一代TMCP技术推广至首钢、涟钢、鞍钢、南钢、河钢、唐钢、邯钢、舞钢等多条热轧板带钢大型生产线。
GB／T1591—2018低合金高强度结构钢国标中列出了热机械轧制（TMCP）钢，是我国从国家标准层面对材料提出要求，是钢铁产品升级换代的标准，是推进新技术、新工艺的标志。在我国实施“一带一路”战略中，新国标与新工艺必将有力推进我国钢铁发展，促进我国钢铁先进技术装备的国产化，形成自身的生产优势，加速与国际标准接轨进程。
五、结束语
低合金高强度结构钢是重要的工程结构用钢，新修订的低合金高强度结构钢标准GB／T1591—2018将我国新一代TMCP技术引人国家标准，新国标参考ISO等标准，钢的等级采用上屈服强度，Q345钢退出我国历史。由于我国钢铁去产能工作持续推进，钢材出口秩序明显改善，低端产品出口大幅减少，量降价增的态势趋于稳定。具有节约资源、节能减排的新一代TMCP技术将成为我国绿色钢铁产品的代表，在新技术、新工艺推广中发挥重要作用。2015年以来，我国钢材行业将继续保持稳中有长趋势，国家统计局显示，2018年12月份我国钢材产量9365万吨，1—12月份我国钢材产量110552万吨，同比增长8．5%。我国钢材将以国际标准为己任，将在我国“一带一路”战略中发挥重要作用，新国标的推行为我国钢铁国际化奠定了基础。表格和参考文献详见哈尔滨职业技术学院学报官网。
《哈尔滨职业技术学院学报》创刊于1990年，本刊是一本综合性学术期刊，出版周期为双月刊的学报。

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