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介绍工业生产中影响双相钢性能的因素
发布者:admin发布时间:2020-07-23 12:07:27
影响工业生产的双相钢性能的因素
 
 
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影响工业生产双相钢性能的因素有合金元素和工艺参数,而合金元素又是通过工艺参数影响双相钢的性能。但工艺参数的制定,应考虑到合金元素的存在和作用。如果双相钢的最终组织相同,那么不同合金元素的双相钢性能亦类似。合金元素的存在为双相钢的工艺实施提供了方便,例如提高钢淬透性的合金元素可以降低热处理双相钢的临界冷却速率,可以提高热轧双相钢的盘卷温度,降低终轧至盘卷的冷却速度,这也有助于双相钢性能的改善和稳定。
 影响热处理双相钢的性能的因素
  合金元素和冷却速度
实验和理论计算表明:临界区加热后获得双相组织所需的临界冷却速率与钢中锰含量具有一定关系。其根钢中存在的合金元素,就可估算获得双相组织所需要的临界冷却速率,为热处理双相钢生产时,选择适当的冷却方法提供依据。
当钢的化学成分一定时,应在保证获得双相组织的前提下,尽可能采用较低的冷却速度,使铁素体中的碳有充分的时间扩散到奥氏体中,从而降低双相钢的屈服强度,提高双相钢的延性。如果钢中合金元素含量较4,临界冷却速度过高,冷却后铁素体中含有较高的固溶碳,不利于获得优良性能的双相钢,这时应改变钢的化学成分,增加钢中的合金元素含量,从而降低临界冷却速度,或者在双相钢的生产工艺中,加入补充回火工序,降低铁素体中的固溶碳,改善双相钢的性能。如果钢中含有强的碳化物形成元素,当估算临界冷却速率时,应考虑到这些元素对临界区加热时所形的奥氏体淬透性和有利影响,V和Ti的碳化物粒子可以通过相界面的钉扎作用提高奥氏体的淬透性,降低临界冷却速度/
 两阶段冷却工艺
当钢中合金元素含量较低时,冷却速度较慢会得到铁素体加珠光体组织;冷却速度较快时,则铁素体中保留固溶碳较高,不利于降低屈服强度和提高延性。采用两阶段冷却可以改善双相钢的性能,即从临界区加热温度缓冷到某一温度,然后快冷。缓冷可以使铁素体中的碳向未转变的奥氏体富聚。而快冷则可以避免未转变的奥氏体等温分解,保证获得所需的双相组织和性能。例如0.08%C-1.4%Mn钢,从800℃加热到水冷的力学性能为:σ0.2=365PMa,σb=700MPa,σ0.2/σb=0.52,eu=18%,et=21%。如采用两阶段冷却工艺,即在800℃加热后,空冷到600℃,然后水冷,其性能为:σ0.2=280MPa,σb=600MPa,σ0.2/σb=0.47,eu=21%,et=29%。两阶段冷却使双相钢的屈服强度降低,延性提高。
 钢板热轧后盘卷温度的影响
对于一个给定成分的钢,临界区加热时奥氏体的淬透性可以通过钢板热轧后高温卷来修正。高温盘卷可使碳、锰等合金元素在第二组(珠光体或贝氏体)中明显富集。有利提高随后临界区处理时双相钢的综合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N钢的试验结果为例,采用两种工艺过程:一种为普通扎制工艺,终轧温度900℃→油冷到600℃盘卷→吹风冷到室温→冷轧70%→连续退火。两种盘卷工艺的碳和锰分布的分析结果示于图11-7。由图可见,高温盘卷可使碳和锰在第二相中明显富集,而普通的轧制工艺锰基本无富集趋势。
将上述两种盘卷温度的板材,冷轧70%后,于770℃加热后空冷,其拉伸性能对比列于表11-5。
用高温盘卷以修正合金含量较低的钢在随后临界区处理时的淬透性,并降低热处理双相钢的屈服强度,提高其延性的技术,已在有关工厂用于热处理双相钢的生产,所得到的热处理双相钢板综合性能良好,板材各部位的性能均匀,纵向、横向性能一致。例如对0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al钢,热轧后740℃盘卷,780℃退火,以12℃/s的冷却速度冷至室温(0.2mm×930mm钢带)重7t的带卷中各部位的力学性能见表11-6。
表11-5不同盘卷工艺后的热处理双相钢性能对比
工艺号
盘卷温度
/℃
钢板状态
σy/MPa
σb/MPa
屈服点伸长
YEL/%
σt/%
(1)
(2)
(3)
(4)
600
700
600
700
700℃空冷
700℃空冷
(1)+2%
(2)+0.6%精轧
295
200
300
195
420
425
435
420
3.33
1.11
0
0
36.4
37.0
35.6
35.0
隆 继集团 热处理双相钢板卷长度方向性能分布
在盘卷上
取样部位
取样方向
σy/MPa
σb/MPa
σy/σb
et/%
头部
纵向
横向
311
324
551
553
0.56
0.58
32.1
32.0
中部
纵向
横向
329
297
557
551
0.59
0.54
33.2
33.3
尾部
纵向
横向
307
307
561
538
0.55
0.57
31.5
32.3
注:1.拉伸试样宽12.5mm,标距长50mm;
2.板材经很轻微的精轧
高温盘卷与临界区加热后两阶段冷却相结合,可使热处理双相钢的性能进一步得到改善,经过这样处理,钢板不需再经精整轧制。
高温盘卷与快递临界区热处理相结合(即快递加热到临界区温度、短时间保温、快递冷却)可获得良好烘烤硬化性能的热处理双相钢。例如对0.07%C-0.5%Si-1.1%Mn和0.06%C-0.7%Si-1.5%Mn钢板经740℃盘卷,冷轧和快递临界区热处理(以40℃/s加热到775℃保温40s,以200℃/s的冷却速度冷却)后的性能列于表11-7。
 影响热轧双相钢性能的因素
影响热轧双相钢性能的因素是合金元素终轧温度、终轧后的待冷时间和开始冷却的温度、终轧后的冷却速度和盘卷温度等,而这些因素有是互相联系的。
 合金元素
热轧双相钢一般都含有较低的碳(≤0.1%)和较高的合金元素,其目的是使钢具有必须的淬透性,同时也可减少轧制工艺、冷却速度以及盘卷工艺的变化引起的性能波动。Goldren等提出“冷却速率宽度”(即获得最佳的双相钢组织和性能,终轧后板材在冷床上所允许的冷却速率的最大值CRmax与最小值CRmax之比)来表示合金元素对热轧双相钢工艺性能和组织的影响。不同合金系列的Si、Cr、Mo含量的影响见图11-8。根据这一试验结果和有关性能参数,得出的热轧双相钢较为合理的成分为0.04%~0.07%C、0.8%~1.0%Mn、1.2%~1.5%Si、0.40%~0.5%Cr、0.33%~0.38%Mo、0.20%Al,S、P的含量尽可能低,如w(S)≥0.003%时,则需添加稀土(RE)或者锆(Er)以控制夹杂物的形状。
采用图11-9所示的热轧双相钢带生产工艺的模拟过程,检验了碳含量为0.05%~0.08%的Mn-Si、Mn-Cr、Mn-Si-Cr、Mn-Mo、Mn-Si-Mo等合金系热轧后的组织和性能。结果表明,在生产热轧双相钢板时,如果盘卷温度高于400℃,则钢中含有一定的Mn、Cr、Mo、Si。在所采用的热轧工艺条件下,以Mn-Si-Cr和Mn-Si-Mo系合金的性能为最好,组织为马氏体素体组织,无屈服点伸长,屈强比小于0.60。加入硅可使Mn-Cr或Mn-Mo系合金的铁素体的形成温度升高,使同样冷却条件下的铁素体量增加,使等温转变图上铁素体和贝氏体区间形成一个间隔(也就是Coldren和Tither所说的盘卷窗口)。此外硅还增加铁素体中碳的活性,阻止在马氏体-铁素体界面上碳化物的形成,提高双相钢的延性。
在热轧双相钢中,Cr、Mn、Mo可使奥氏体稳定化,推迟珠光体转变,降低冷床上的冷却速度,有利于改善双相钢的延性。加入铬可使热轧双相钢的卷取温度范围加宽,并降低双相钢的屈强比。加入锰还可使最佳终轧温度范围降低,但锰含量过高时,会抑制铁素体的形成,影响早期铁素体与奥氏体相的分离过程。
终轧温度
终轧温度对热轧双相钢性能的影响与钢中的合金元素种类及含量有关。一般说终轧温度升高,热轧双相钢的抗拉强度升高。对一个给定的成分的合金,有一个最佳的终轧温度范围。在这一温度范围内,热轧双相钢的屈服强度最低,屈强比较低,均匀伸长率和总伸长率最高。最佳终轧温度通常与未形边材料的Ar3相对应。硅含量增加时,则Ar3升高,最佳终轧温度范围也升高。钢中锰含量增加对最佳终轧温度的影响与硅的作用相反。硅含量、锰含量与在终轧温度对热轧双相钢等屈强比线的影响见图11-10和图11-11。
对合金元素含量较高的Mn-Si-Mo热轧双相钢,终轧温度的变化对其性能没有明显影响,但对合金含量较少的C-Mn、Si-Mn热轧双相钢,终轧温度对其性能有明显影响(见图11-12)。只有在最佳的终轧温度范围,才可获得良好的综合性能。透射电镜观察指出,对C-Mn钢来说,终轧温度为840℃、760℃和730℃时,热轧双相钢中的硬质相分别为贝氏体、板条马氏体和孪晶马氏体,这种不同形态的硬质相,显然会影响双相钢的屈服强度及延性。终轧温度不同还会影响双相钢中两相性能和比例,这是终轧温度影响热轧双相钢性能的另一些因素。
终轧后冷却速度的影响
终轧后冷却速度的选择应该保证得到适量的先共析铁素体,同时又可避免其他非马氏体组织(如珠光体和上贝氏体)出现,以使在盘卷后得到马氏体加铁素体双相组织。如果终轧后的冷却速度太快,则析出的铁素体量不足,盘卷后的马氏体量较高,双相钢的屈服强度较高,热延性不足,因此,对不同的钢种,应选择不同的冷却速度。例如,对合金含量较高的Mn-Si-Cr-Mo钢,终轧后在冷床上空冷或吹风冷却速度。例如,对合金含量较高的Mn-Si-Mo钢,终轧后在冷床上空冷或吹风冷既可保证析出适量的铁素体又可避免非马氏体转变产物的出现。但对合金含量较少的C-Mn或C-Mn-Si系,由于其奥氏体的稳定性缴差,必须采用较快的冷却速度才可避免珠光体等非马氏体转变产物的出现。实验得出,当冷却速度为60℃/s(C-Mo)和45℃/s(C-Mn-Si钢)时,盘卷后便可得到良好的双相钢的组织和性能。此外,控制终轧后淬火前的待冷时间,可以调节盘卷后双相钢中的铁素体量及硬质相的结构和形态。例如,对低碳锰钢(0.07--C-1.4%Mn),在770℃水淬,则盘卷后,双相钢中铁素体量适中,硬质合金为板条马氏体。如终轧温度为900℃,空冷至750℃淬水,则盘卷后质量适中,硬质相为板条马氏体。如终轧温度为900℃,空冷至750℃淬水,则盘卷后硬质相为贝氏体。如空冷到700℃淬火至盘卷温度,则盘卷后硬质相为板条马氏体。可见,各工艺参数对热轧双相钢组织和性能的影响也是互相联系的。
盘卷温度
为了得到性能满意的热轧双相钢,应在保证得到马氏体家铁素体的双相组织前提下,尽量选取较高的盘卷温度。一般盘卷温度升高,对屈服强度没有明显影响,但在高于一定的温度后,有些钢种由于出现屈服点伸长,会导致屈服强度升高,屈服比上升。抗拉强度则随盘卷温度升高而下降,这与组织中马氏体量减少及马氏体的回火有关。总伸长率一般随盘卷温度升高而升高,但盘卷温度升高仅使均匀伸长率略有改善。目前根据钢中的合金元素含量不同,热轧双相钢的盘卷温度的选择有两种类型。一类是对于合金元素含量较高的钢(如0.06%C-0.90%Mn-1.35%Si-0.50%Cr-0.35%Mo钢),盘卷温度选择在铁素体与贝氏体转变区之间(455~630℃),在这一温度范围内,盘卷温度变化,对热轧双相钢的最终性能基本没有影响。另一类是对合金元素含量较低的C-Mn,C-Si-Mn、C-Mn-Cr等热轧双相钢,其盘卷温度选择在该钢的马氏体转变点以下,盘卷温度的变化,对这类热扎双相钢的性能则有一定的影响。此外盘卷温度还受终轧温度、终轧后的冷却方法等因素的影响。