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摘 要 ：介绍了薄规格 16MnDR钢板轧制及热处理工艺的研究，主要采用加热过程中均热段 1280±20℃，轧制过程中控制粗轧 开轧温度≥ 980℃、精轧终轧温度 880±20℃， 正火工艺为 890±10℃， 保温时间 8-10min。生产结果满足国标 GB/T 3531-2014 要 求（其中屈服强度≥ 315MPa， 抗拉强度≥ 490 MPa， 断后伸长率≥ 21%， -40℃冲击功≥ 47J），表明此工艺生产的 16MnDR钢板具 有良好的强韧性和综合力学性能。
关键词 ：16MnDR ；薄规格 ；热处理 ；低温压力容器用钢
随着石化工业的发展，新工艺、新设备不断出现，对压力容 器的用材的成分设计、力学性能等方面都做了更高的要求。石 油、化工等企业对压力容器的用材不仅要求一定的强度，还要 保证钢材有足够的塑性及低温韧性。通常将各种液化石油气、液 氨、液氧、液氮等生产、储存容器和输送管道以及在寒冷地区服 役的设备，称为低温容器，制造这些容器所用的钢，统称为低温 钢。低温钢一般分为无镍钢合有镍钢， 无镍钢一般指细晶粒钢和 低温高强度钢，其使用温度在 -60℃以上 ；有镍钢是指在钢中加 入合金元素镍， 使其固溶于铁素体， 使基体的低温韧性得到显著 的改善， 改变体心立方晶格的金属材料共有的低温转脆现象， 其 使用温度可达到 -196℃以下 , 随着石油、化工设备大型化及气体 的液化，分离、贮运及应用在各国已很普遍，这些低温技术和设 备的开发促进了低温压力容器用钢的发展 [1-3]。
16MnDR在主要元素 C-Mn 基础上，添加微合金元素 Nb、 Ti，采用洁净度钢冶炼技术，通过控轧控冷及正火处理后得到的 一种低温韧性良好的钢种，其最低温度可达 -40℃，在石油、化 工等行业应用比较广泛 [4]。对于厚度为 6mm-10mm 的薄规格钢 板板形及冲击性能很难保证客户要求，本文主要研究探讨薄规 格 16MnDR钢板轧制及热处理工艺。
1 工艺过程
1.1 冶炼
合金在转炉出钢时或者在LF精炼炉时加入，RH 真空保压 时间≥ 12min，出钢前进行钙处理，喂线后静吹氩时间≥ 7min， 连铸实行全过程保护浇注，中间包过热度≤ 30℃，微合金钢在 连铸生产时容易产生角部裂纹，适当加入Ti 合金由于氮优先与 钛反应， 减少低温时Nb（C,N）和AlN 的析出物，使Nb、Ti微合 金钢在 860℃ -Ar3 温度区间内塑性得到保证，为连铸生产降低 裂纹提供条件。
炼钢生产板坯厚度为250mm，轧制成品厚度为 6-10mm，化 学成分要求及实际控制范围见表 1。
1.2 轧制与热处理
1.2.1 加热
对连铸坯加热的作用主要是为满足后续轧制需要，加热的 主要目的是 ：
（1）加热可以减小钢板内部变形力，提高韧性，使铸坯在较 高温轧制时有利于钢板的塑性加工。
（2）铸坯内外部温度不均匀轧制时会使其内部产生热应力， 加热可以使铸坯内外部温度均匀化， 避免轧件内部出现热应力。
（3）通过加热的扩散作用使铸坯的不均匀组织和非金属夹 杂物可以得到改善。
但在加热时一定要控制好加热温度和加热时间，主要有两 方面考虑， 一方面要考虑微合金钢合金元素的的固溶， 以微合金 碳氮化物的全固溶温度来制定加热温度，另一方面要考虑防止 在加热阶段晶粒过度长大及加热时间过长发生过热、过烧等缺 陷，综上分析制定加热工艺见表2 ：
1.2.2 轧制
两阶段控制轧制主要分为奥氏体再结晶区控制轧制和奥氏 体未再结晶区控制轧制，控制轧制可以减轻甚至消除一部分带 状组织， 在奥氏体再结晶区控制轧制时， 通过对加热时产生的粗 大奥氏体晶粒进行反复轧制和反复再结晶，会使奥氏体晶粒变 的细化， 而且在轧制过程中通过组织内部结构的不断变化， 会使 枝晶偏析度降低， 同时合金元素也趋向均匀化。在奥氏体未再结 晶区控制轧制时， 由于奥氏体晶粒尺寸的不断变化， 使晶体内部 产生很多高密度位错带， 同时畸变能也显著增加， 导致奥氏体向 铁素体的转变提前进行，减小了富锰带和贫锰带的相变温度差， 偏析部分结晶趋向于同步进行， 使带状组织减轻。同时控制冷却 也能减轻带状组织， 主要原因是随着温度的快速降低， 碳原子从贫锰区域逃离还没有完成，奥氏体就已经转变为铁素体，因此铁素体和珠光体的条带状分布情况不会出现，因为本次试验采用 10mm 厚度规格， ACC 冷却采用空冷 [5]。
在轧制薄规格钢板时，温度控制很重要，首先确保粗轧开轧 温度， 板坯在加热炉出炉后快速送往粗轧机轧制， 尽量减少输送 辊道的通过时间，其次轧制过程中要减少温降，辊道冷却水、轧 机工作辊及支承辊冷却水相应减小， 确保精轧终轧温度， 最后确 保轧制后的板形，选择合适的工作辊和支承辊初始辊形能够提 高中厚板轧机板凸度和板形控制能力，另外在精轧最后三四道 次采用最佳的弯辊力。因薄规格钢板冷降快，冷却方式采用空 冷，综上考虑轧制工艺参数见表 3
1.2.3 正火热处理
16MnDR 按国标 GB/T3531-2014 要求需正火交货， 正火温 度需加热到Ac3 温度以上，正火的主要目的是钢板加热到完全 奥氏体化后可以得到均匀的铁素体合珠光体组织，消除组织中 一些粗大的晶粒， 还可以改善组织中产生的带状， 以提高钢板的韧性。
薄规格钢板正火后存在的最主要问题就是钢板板形不良，会 发生浪瓢、横瓢现象，钢板经热处理出炉后，由于钢板内部组织 由奥氏体转变为铁素体和珠光体，由面心立方结构转变为体心 立方结构，会使钢板内部产生组织应力和钢板因热胀冷缩产生 热应力， 这种内应力不均匀的分布在钢板的各个位置， 会对钢板 产生拉力和压力， 当拉力和压力超过钢板的“弹性力”（“弹性力” 在这里指的是钢板不发生变形最大应力） 极限时，钢板会发生变 形，钢板越薄其“弹性力”越小，钢板冷却的越快，产生的应力 也越大， 因此薄规格钢板在正火后极易发生瓢曲现象， 所以薄规 格钢板正火最主要的问题是消除钢板内应力 [6-11]，本文采用的 热处理炉共24 个区， 经过试验得出钢板在加热 13-18 区达到目标 温度 890℃，之后 19-24 区烧嘴关闭，保证出炉温度≤ 450℃，出 炉板形良好， 热处理工艺参数见表4。
备注 ：其中保温时间 8-10min。
16MnDR薄规格钢板入炉前不平度为20mm/2m，按此工艺 正火出炉后板形不平度为4mm/2m， 见图 1。
2 生产结果
2.1 力学性能
取样进行力学性能检验， 各指标数据结果见表 5、图2。
由表中数据可以看出 ：
（1）16MnDR 屈 服 强 度 352-392， 平 均 372MPa， 抗 拉 强 度 505-551MPa， 平均抗拉强度 535MPa， 强度上下富余量较大， 能 满足后续深加工产品的力学性能要求。
（2）16MnDR 伸长率平均≥ 28%， 冲击吸收功 65-131， 平均 88J，对冲击功余量尚可， 韧性能满足要求。
2.2 组织情况
检验钢板组织为均匀的铁素体 + 少量珠光体为主，晶粒度 9 级，带状组织 1.0-2.0级。可见通过控制轧制温度及合理的热处理 工艺，可以得到均匀的组织。钢板厚度 1/4 位置典型组织及带状 情况见图 3。
3 结论
（1）通过合理的成分设计，严格的工艺控制，并采用控轧轧 制技术，钢板组织为典型的铁素体加珠光组织体，带状控制良 好，满足钢板的产品强韧性和综合力学性能 ；
（2）轧制薄规格钢板要采用合适的温度控制、辊形控制、弯 辊力控制机人员及操作控制。
（3）采用合理的热处理工艺可以有效改善薄规格钢板正火 后的板形和平直度。
参考文献
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[11] 肖纪美 . 不锈钢金属学问题 [M]. 北京 ：冶金工业出版社， 1983 ：248-278.
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