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【摘 要】 TMCP钢最初应用于造船业，后来扩大到所有使用厚钢板的领域。TMCP钢的应用范围之所以如此广阔是因为TMCP钢所具有的高强度高韧性的特点，使其能满足厚板各种应用领域的不同要求，从而自然就使TMCP钢的应用范围得到扩大。
【关键词】 TMCP技术；TMCP钢
1 绪论
1.1 TMCP技术概述
TMCP（Thermo Mechanical Control Process：热机械控制工艺）就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制（ControlRolling）的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却（AcceleratedCooling）的技术总称。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20世纪80年代开发以来，已经成为生产低合金高强度宽厚板不可或缺的技术。随着市场对TMCP钢的要求不断提高，TMCP工艺本身也在应用中不断发展。从近几年的研究工作看，重点是放在控制冷却，尤其是加速冷却方面。
1.2 TMCP技术原理
TMCP（Thermo Mechanical Control Process）称为热机械控制工艺，它是将控制轧制和控制冷却技术结合起来，在尽量减少合金元素添加的情况下，通过加快轧制后的冷却速度，使钢材晶粒细化，能够得到高强度和高冲击韧性的下贝氏体组织。控制轧制和控制冷却技术的目标是实现晶粒细化和细晶强化。
控制轧制核心思想是对奥氏体硬化状态的控制，即通过变形在奥氏体中积累大量的能量，力图在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体，为后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。
控制冷却的核心思想，是对处于硬化状态奥氏体相变过程进行控制，以进一步细化铁素体晶粒，甚至通过相变强化得到贝氏体等强化相，进一步改善材料的性能。
1.3 TMCP技术发展
通过TMCP处理使钢材达到高强度和高韧性，基本上是通过控轧细化奥氏体晶粒、导人加工应变和之后的控冷组合起来的相变组织控制和相变组织细化而实现的。它不仅能提高强度和韧性，而且能降低合金元素的添加量，因此，具有提高焊接性能等很多优点。另外，近年来在造船、建筑等领域中，确立了即使采用高效率大线能量焊接，也能确保焊接热影响区良好的机械性能的综合组织控制技术（JFE EWEL）。该技术作为控制用户现场焊接施工后的显微组织，确保优越的机械性能的技术而被广泛采用。
2 TMCP技术应用
2.1 TMCP的应用
自20世纪80年代开发出TMCP技术以来，经历了20多年的时间，在这期间TMCP的应用范围不断扩大，目前已成为生产厚板不可或缺的技术。TMCP钢与常规轧制钢和正火钢相比，它不依赖合金元素，通过水冷控制组织，可以达到高强度和高韧性的要求，而且在碳当量较低的情况下能够生产出相同强度的钢材，因此可以降低或省略焊接时的预热温度；碳当量低又可以降低焊接热影响区的硬度，不容易形成因显微偏析而产生的局部硬化相，容易保证焊接部位的韧性。目前，其应用领域除了造船领域外，还涉及了海洋结构件、管线管和建筑、桥梁等各种领域。另外，TMCP还是一项节约合金和能源的工艺。从环保方面来看，它也是一项意義深远的技术。
2.1.1 船板
TMCP钢首先是在造船领域迅速扩大应用的，TMCP钢的出现促进了高强度钢（HT）的扩大应用。从大型油船中高强钢的使用量变化来看，随着TMCP钢的出现，高强钢的使用量已由原来的20%～30%提高到60%～70%，而且甚至还使用了屈服强度为390MPa级的钢。由于提高了高强钢的使用比例和采用高屈服强度的钢，因此能大幅度减轻船舶的自重和节能，为提高经济效益和环保做出了很大的贡献。
从实际生产的结果也可说明用TMCP工艺生产的船板具有高强度和良好的低温韧性，完全可以代替正火处理，而且TMCP具有较低的碳当量（Ceq），易于焊接。芬兰采用TMCP技术，生产了NVE360、NVE400、NVE500的产品，用于破冰船，NVE500的Ceq仅为0.40%。另外，从提高运送效率的观点来看，集装箱船的大型化取得了显著的发展，装载量超过6000个集装箱的大型集装箱船已应用于实际。这就要求其船体的船舷外板和舱口挡板等重要构件使用板厚超过60mm、屈服强度为390MPa级的钢，并能进行350～450kJ/cm的超大线能量焊接，开发这种钢种也是以TMCP为基础，通过防止焊接热影响区（HAZ）显微组织粗大化技术的组合，对船体用钢进行开发。TMCP钢在厚钢板、高强度和大线能量焊接钢的开发应用上具有显著优势。
2.1.2 海洋结构
近年来，海底能源资源的开发地点正在向深海域、北海北部和北极海等寒冷海域推移。海洋结构件的建造也随之大型化，同时由于所处的环境也非常严酷，因此使用钢材的厚度变得更厚、韧性更高，使用钢材的屈服强度由355MPa级向420MPa级发展，尤其是最近还使用了屈服强度500MPa级的钢。为进一步提高海洋结构件用钢板安全可靠性，评价破坏韧性，使用了接头部的CTOD值（CrackTipOpeningDisplacement：裂纹尖端开口位移）作为评价韧性的指标，例如要求在-10℃时CTOD的值为0.25mm的情况增多，为适应这种要求，必须应用TMCP技术。日本研制生产的屈服强度420MPa的钢（符合API2WGr.60），厚度40～70mm，焊后热处理Akv（-40℃）280J，且FATT达到-90℃～-100℃、Akv150J，用于海洋平台；利用TMCP技术，还开发了氧化物弥散分布的屈服强度500MPa的海洋平台用钢。
2.1.3 管线用钢
在高强度和高韧性管线管的开发中充分利用了TMCP技术，同时还广泛应用于耐酸性气体的管线管的生产。为降低酸性环境下的氢诱发裂纹（HIC），应减少会导致HIC产生的[S]，并通过添加Ca来控制硫化物的形态，同时减少对HIC敏感的硬化组织区。采用TMCP可进行低C和低合金的成分设计，进而在连铸时可降低[Mn]等在板厚中心部的合金偏析量，尤其是在生产厚板时采用加速冷却可以抑制[C]向板厚中心部的扩散等，因此TMCP对提高抗HIC能力是不可或缺的工艺，TMCP钢已应用于许多耐酸性气体的管线管项目。用控轧控冷技术生产的X70管线钢，钢板组织以针状铁素体为主，综合性能完全符合管线工程要求，已成功应用于国内的西气东输工程上。高强管线管的应用，使我国天然气干线工作压力从6.4MPa提高到10MPa，极大地节约了材料成本并提高了管线输送压力，凸现了高钢级管线管建设长距离管线的经济优势。在西气东输二线工程中，运用TMCP工艺优势，将会生产更高级别的管线钢，使天然气干线输送压力可能达到12MPa或更高，进一步体现使用高强管线钢的经济优势。 2.1.4 桥梁用钢
桥梁在国家基础建设中具有重要地位，它对质量和建造技术有很高的要求。为节约资源、降低成本使人们对桥梁用结构钢也提出了更多、更苛刻的要求。在桥梁结构中使用高强度钢材可以减薄桥梁钢板的厚度，减轻桥梁结构自重，由此可加大桥墩间距，改善施工条件；如果使用耐候钢还可以降低桥梁的维护费用。随着钢桥合理化设计的发展，开始越来越多地要求使用厚度和强度比以往高的钢材，来减少桥梁的主要桁架数量，提高焊接施工效率（无需焊接预热），为此，应用TMCP工艺开发的低裂纹敏感性钢种，扩大了其在桥梁领域的应用。通过降低碳含量和适当添加合金形成贝氏体化的超低碳贝氏体钢，焊接裂纹敏感性指数（Pcm）可达到≤0.2%，Pcm是用于判断钢的冷裂纹发生倾向的直观参数，Pcm低，则钢的抗裂能力強，焊接性能好；反之，则钢的焊接性差。早期的低裂纹敏感性高强钢是采用调质工艺生产的，为了保证钢的淬透性，往往需要添加很多合金元素，如Cr、Mo、Ni等，这样钢的生产成本提高，而且生产周期长。由于控轧控冷技术的发展，将相变强化、位错强化、析出强化和细晶强化等强化手段很好地结合在一起，更有利于钢的强韧性的匹配，不需进行调质处理，就可开发出高性能易焊接的桥梁用钢。日本开发的屈服强度570MPa钢，焊接热输入可达200KJ/cm（为传统钢种的4倍），-20℃下使用，焊接不预热，无弧坑裂纹、无硬化现象，厚度可达75mm，用于桥梁建设，还不需涂装，这些都极大地降低了桥梁建造成本。TMCP技术的发展，也为生产更高强度桥梁用钢奠定了基础，如日本在1974年建造的大坂港大桥上首先使用了780Mpa级的高强度钢板，由于当时钢板的性能尚不完善，为防止焊接时出现低温裂纹，尚需在高温下进行预热作业，但采用TMCP技术后，已生产出具有优良韧性和焊接性能的950Mpa级桥梁钢板。
3 结语
21世纪可以说是地球环境保护的世纪。最近全世界有关全球变暖、地球环保和LCA（LifeCycleAssessment：生命周期评价）的争论说明了地球环境保护是一个多么紧迫、重要的课题，从保护地球环境的观点来看，今后节省资源、节省能源、安全性和长寿命化已成为全社会的要求。能够减少合金元素和省略热处理的TMCP已成为钢铁生产中越来越重要的技术。可以预测市场对TMCP钢的要求除了进一步提高强度和韧性外，还会要求进一步提高结构件的安全性和耐久性，进一步提高焊接性、加工性和钢板的平直度，这些都将成为今后TMCP钢的研究领域。
【关键词】 TMCP技术；TMCP钢
1 绪论
1.1 TMCP技术概述
TMCP（Thermo Mechanical Control Process：热机械控制工艺）就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制（ControlRolling）的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却（AcceleratedCooling）的技术总称。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20世纪80年代开发以来，已经成为生产低合金高强度宽厚板不可或缺的技术。随着市场对TMCP钢的要求不断提高，TMCP工艺本身也在应用中不断发展。从近几年的研究工作看，重点是放在控制冷却，尤其是加速冷却方面。
1.2 TMCP技术原理
TMCP（Thermo Mechanical Control Process）称为热机械控制工艺，它是将控制轧制和控制冷却技术结合起来，在尽量减少合金元素添加的情况下，通过加快轧制后的冷却速度，使钢材晶粒细化，能够得到高强度和高冲击韧性的下贝氏体组织。控制轧制和控制冷却技术的目标是实现晶粒细化和细晶强化。
控制轧制核心思想是对奥氏体硬化状态的控制，即通过变形在奥氏体中积累大量的能量，力图在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体，为后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。
控制冷却的核心思想，是对处于硬化状态奥氏体相变过程进行控制，以进一步细化铁素体晶粒，甚至通过相变强化得到贝氏体等强化相，进一步改善材料的性能。
1.3 TMCP技术发展
通过TMCP处理使钢材达到高强度和高韧性，基本上是通过控轧细化奥氏体晶粒、导人加工应变和之后的控冷组合起来的相变组织控制和相变组织细化而实现的。它不仅能提高强度和韧性，而且能降低合金元素的添加量，因此，具有提高焊接性能等很多优点。另外，近年来在造船、建筑等领域中，确立了即使采用高效率大线能量焊接，也能确保焊接热影响区良好的机械性能的综合组织控制技术（JFE EWEL）。该技术作为控制用户现场焊接施工后的显微组织，确保优越的机械性能的技术而被广泛采用。
2 TMCP技术应用
2.1 TMCP的应用
自20世纪80年代开发出TMCP技术以来，经历了20多年的时间，在这期间TMCP的应用范围不断扩大，目前已成为生产厚板不可或缺的技术。TMCP钢与常规轧制钢和正火钢相比，它不依赖合金元素，通过水冷控制组织，可以达到高强度和高韧性的要求，而且在碳当量较低的情况下能够生产出相同强度的钢材，因此可以降低或省略焊接时的预热温度；碳当量低又可以降低焊接热影响区的硬度，不容易形成因显微偏析而产生的局部硬化相，容易保证焊接部位的韧性。目前，其应用领域除了造船领域外，还涉及了海洋结构件、管线管和建筑、桥梁等各种领域。另外，TMCP还是一项节约合金和能源的工艺。从环保方面来看，它也是一项意義深远的技术。
2.1.1 船板
TMCP钢首先是在造船领域迅速扩大应用的，TMCP钢的出现促进了高强度钢（HT）的扩大应用。从大型油船中高强钢的使用量变化来看，随着TMCP钢的出现，高强钢的使用量已由原来的20%～30%提高到60%～70%，而且甚至还使用了屈服强度为390MPa级的钢。由于提高了高强钢的使用比例和采用高屈服强度的钢，因此能大幅度减轻船舶的自重和节能，为提高经济效益和环保做出了很大的贡献。
从实际生产的结果也可说明用TMCP工艺生产的船板具有高强度和良好的低温韧性，完全可以代替正火处理，而且TMCP具有较低的碳当量（Ceq），易于焊接。芬兰采用TMCP技术，生产了NVE360、NVE400、NVE500的产品，用于破冰船，NVE500的Ceq仅为0.40%。另外，从提高运送效率的观点来看，集装箱船的大型化取得了显著的发展，装载量超过6000个集装箱的大型集装箱船已应用于实际。这就要求其船体的船舷外板和舱口挡板等重要构件使用板厚超过60mm、屈服强度为390MPa级的钢，并能进行350～450kJ/cm的超大线能量焊接，开发这种钢种也是以TMCP为基础，通过防止焊接热影响区（HAZ）显微组织粗大化技术的组合，对船体用钢进行开发。TMCP钢在厚钢板、高强度和大线能量焊接钢的开发应用上具有显著优势。
2.1.2 海洋结构
近年来，海底能源资源的开发地点正在向深海域、北海北部和北极海等寒冷海域推移。海洋结构件的建造也随之大型化，同时由于所处的环境也非常严酷，因此使用钢材的厚度变得更厚、韧性更高，使用钢材的屈服强度由355MPa级向420MPa级发展，尤其是最近还使用了屈服强度500MPa级的钢。为进一步提高海洋结构件用钢板安全可靠性，评价破坏韧性，使用了接头部的CTOD值（CrackTipOpeningDisplacement：裂纹尖端开口位移）作为评价韧性的指标，例如要求在-10℃时CTOD的值为0.25mm的情况增多，为适应这种要求，必须应用TMCP技术。日本研制生产的屈服强度420MPa的钢（符合API2WGr.60），厚度40～70mm，焊后热处理Akv（-40℃）280J，且FATT达到-90℃～-100℃、Akv150J，用于海洋平台；利用TMCP技术，还开发了氧化物弥散分布的屈服强度500MPa的海洋平台用钢。
2.1.3 管线用钢
在高强度和高韧性管线管的开发中充分利用了TMCP技术，同时还广泛应用于耐酸性气体的管线管的生产。为降低酸性环境下的氢诱发裂纹（HIC），应减少会导致HIC产生的[S]，并通过添加Ca来控制硫化物的形态，同时减少对HIC敏感的硬化组织区。采用TMCP可进行低C和低合金的成分设计，进而在连铸时可降低[Mn]等在板厚中心部的合金偏析量，尤其是在生产厚板时采用加速冷却可以抑制[C]向板厚中心部的扩散等，因此TMCP对提高抗HIC能力是不可或缺的工艺，TMCP钢已应用于许多耐酸性气体的管线管项目。用控轧控冷技术生产的X70管线钢，钢板组织以针状铁素体为主，综合性能完全符合管线工程要求，已成功应用于国内的西气东输工程上。高强管线管的应用，使我国天然气干线工作压力从6.4MPa提高到10MPa，极大地节约了材料成本并提高了管线输送压力，凸现了高钢级管线管建设长距离管线的经济优势。在西气东输二线工程中，运用TMCP工艺优势，将会生产更高级别的管线钢，使天然气干线输送压力可能达到12MPa或更高，进一步体现使用高强管线钢的经济优势。 2.1.4 桥梁用钢
桥梁在国家基础建设中具有重要地位，它对质量和建造技术有很高的要求。为节约资源、降低成本使人们对桥梁用结构钢也提出了更多、更苛刻的要求。在桥梁结构中使用高强度钢材可以减薄桥梁钢板的厚度，减轻桥梁结构自重，由此可加大桥墩间距，改善施工条件；如果使用耐候钢还可以降低桥梁的维护费用。随着钢桥合理化设计的发展，开始越来越多地要求使用厚度和强度比以往高的钢材，来减少桥梁的主要桁架数量，提高焊接施工效率（无需焊接预热），为此，应用TMCP工艺开发的低裂纹敏感性钢种，扩大了其在桥梁领域的应用。通过降低碳含量和适当添加合金形成贝氏体化的超低碳贝氏体钢，焊接裂纹敏感性指数（Pcm）可达到≤0.2%，Pcm是用于判断钢的冷裂纹发生倾向的直观参数，Pcm低，则钢的抗裂能力強，焊接性能好；反之，则钢的焊接性差。早期的低裂纹敏感性高强钢是采用调质工艺生产的，为了保证钢的淬透性，往往需要添加很多合金元素，如Cr、Mo、Ni等，这样钢的生产成本提高，而且生产周期长。由于控轧控冷技术的发展，将相变强化、位错强化、析出强化和细晶强化等强化手段很好地结合在一起，更有利于钢的强韧性的匹配，不需进行调质处理，就可开发出高性能易焊接的桥梁用钢。日本开发的屈服强度570MPa钢，焊接热输入可达200KJ/cm（为传统钢种的4倍），-20℃下使用，焊接不预热，无弧坑裂纹、无硬化现象，厚度可达75mm，用于桥梁建设，还不需涂装，这些都极大地降低了桥梁建造成本。TMCP技术的发展，也为生产更高强度桥梁用钢奠定了基础，如日本在1974年建造的大坂港大桥上首先使用了780Mpa级的高强度钢板，由于当时钢板的性能尚不完善，为防止焊接时出现低温裂纹，尚需在高温下进行预热作业，但采用TMCP技术后，已生产出具有优良韧性和焊接性能的950Mpa级桥梁钢板。
3 结语
21世纪可以说是地球环境保护的世纪。最近全世界有关全球变暖、地球环保和LCA（LifeCycleAssessment：生命周期评价）的争论说明了地球环境保护是一个多么紧迫、重要的课题，从保护地球环境的观点来看，今后节省资源、节省能源、安全性和长寿命化已成为全社会的要求。能够减少合金元素和省略热处理的TMCP已成为钢铁生产中越来越重要的技术。可以预测市场对TMCP钢的要求除了进一步提高强度和韧性外，还会要求进一步提高结构件的安全性和耐久性，进一步提高焊接性、加工性和钢板的平直度，这些都将成为今后TMCP钢的研究领域。