含Nb钢板坯横向及边部裂纹的研究.doc

薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈肄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膂膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薇袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚁螇肄莇蚁羀莀蚅蚀肂膃薁虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆肈腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈肄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膂膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薇袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚁螇肄莇蚁羀莀蚅蚀肂膃薁虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆肈腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈肄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膂膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薇袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚁螇肄莇蚁羀莀蚅蚀肂膃薁虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆肈腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈肄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀 “含Nb钢板坯横向及边部裂纹的研究” 一立论依据我国钢铁企业采取炉外精炼、连铸和控轧控冷等技术，使钢通过微合金化能极大地提高力学性能1，达到很高的性价比。最常用的微合金化元素为：Nb、V和Ti，目前由于钒铁和钒氮合金的价格上涨，从而含V钢成本高，而Nb微合金化钢(0.03 %Nb)吨钢添加合金成本仅30元，约为V微合金化钢成本的八分之一2。Nb的原子直径为2.08，与C和N形成间隙相，对钢的强化效果很强。国外，五十年代大西洋两岸积极开展铌钢的生产和研制，六十年代西方国家的大量工业实际证明了Nb的强化作用3。随后，通过控轧控冷技术用Nb、V和Ti等多元素微合金化得到不少品种的低合金高强结构钢4。由铌的碳氮化物的固溶度积公式，在1150就有铌的碳氮化物在奥氏体晶界上析出，对其再结晶的影响和钢材轧制过程影响很大5。目前，Nb资源丰富的巴西等国在研究铌对低碳钢的再结晶、析出强化和铁素体析出的影响6,7。铌的碳氮化物析出对钢材热轧后的质量及其焊接性能有较大的影响，因此在西方国家有许多人关注其析出动力学和应力诱导析出机理8。我国对铌钢研究在八十年代掀起一个热潮，一方面对铌钢开发，另一方面针对我国钢种研究铌元素在钢中的作用和行为。我们也与鄂钢（1985-87年）合作开展了含铌钢的控轧研究，当时钢坯为钢锭模浇铸，存在晶粒粗大、偏析严重和在随后轧制工序中易发生开裂等现象。研究指出单纯加铌效果不好，并提出复合加入合金元素的方案，取得较好的结果。铌的碳氮化物在轧制时在1050以上析出较慢，停轧温度在860，其析出量可以达到6070%，变形加快其析出9。碳氮化铌还可以在轧后冷却过程中从铁素体中析出，600有沉淀强化，它们此时与基体有惯习面关系10。近年来，对连铸钢坯轧制，发现含铌量在0.01-0.04%的钢在1200加热，由溶解度公式计算和实验证明铌能完全溶入钢中，铌可能沿奥氏体偏聚，阻碍铁素体在三叉晶界析出生长，容易形成网状铁素体11,12。700-1000是铌钢的第三脆性温度区间，其原因除网状铁素体外，还有铌的碳氮化物沿晶界或相界析出13。从上可以看出，Nb元素在钢的热加工过程中的作用方面的研究在钢锭模时期很为深入，对Nb在凝固结晶过程中行为研究较少，这归因于连铸坯组织细小均匀，合金元素的偏析已大为改善，其在加热过程中偏聚的系统报道不多。国家目前还在支持含铌低碳钢的研究，在生产现场中这类钢在热轧过程中容易出现裂纹和一些表面缺陷，造成钢材开裂的主要原因是网状铁素体和铌的碳氮化物析出。因此，我们拟与贵公司合作，在研究网状铁素体形成和铌的碳氮化物析出的基础上，调整开坯，初轧和精轧的温度和压下量以提高钢材的成材率。参考文献1干勇，仇圣桃.先进钢铁生产流程进展及先进钢铁材料生产制造技术J. 中国有色金属学报，2004, 14(s1):252东涛，付俊岩.铌/钒微合金化400MPa级钢筋的生产技术J. 2004， 78（5）：13雍歧龙，马鸣图，吴宝榕. 微合金钢物理和力学冶金M. 北京，机械工业出版社，19894M.科恩，等. 钢的微合金化及控制轧制M. 北京，冶金工业出版社，1984，董成瑞，任海鹏，今同哲. 微合金非调质钢M. 北京，冶金工业出版社，20005J. Majita, J.G. Lenard, M. Pietrzyk. A study of the effect of the thermomechanical history on mechanical properties of a high niobium steelJ. Mater. Sci. and Eng. A208(1996):249-2596A.I. Fernndez, P. Uranga, B. Lpez, et al. Dynamic recrystallization behavior covering a wide austenite grain size range in Nb and NbTi microalloyed steelsJ. Materials Science and Engineering A361 (2003) 3673767A.B. Cota, C.A.M. Lacerd, F.L.G. Oliveira, et al. Effect of the austenitizing temperature on the kinetics of ferritic grain growth under continuous cooling of a Nb microalloyed steelJ. Scripta Materialia 51 (2004) 7217258B. DuttA, E. J. Palmiere and C. M. Sellars. Modelling the kinetics of strain induced precipitation in Nb microalloyed steelsActa materJ. 49 (2001) 7857949孙本荣.控制轧制含Nb低碳钢奥氏体再结晶的基础研究J. 钢铁，1982，17（1）：32 孙本荣，控制轧制过程中Nb（C、N）析出状态的研究J.钢铁，1982，17（8）：2710雍歧龙，关鲁，孙珍宝.含Nb微合金钢中有序NbC的初步研究J.金属学报，1986，22（6）：A529 雍歧龙，关鲁. 微合金钢中NbC在铁素体中的沉淀和沉淀强化J. 金属学报，1984，20（1）：11911陈国安，杨王玥，郭守真等. 低碳微量铌钢形变强化相变的组织演变J. 金属学报，2004，40（10）：107912张丽珠. 含铌微合金钢的高温塑性J. 山东冶金，2001，123（14）：4113王新华，昌波，李景捷. 700-1000间含Nb钢铸坯的延塑性降低与Nb(C,N)析出. 金属学报，1997，33（5）：485二、研究方案研究内容1)Nb元素在连铸坯中分布连铸时我国中型企业钢坯凝固条件控制较好，钢坯横截面上基本能反映钢水结晶情况，因此以连铸的钢坯横截面特征来取试样进行Nb及其化合物分布的分析，根据不同点试样Nb成分的变化就能确定出该元素的宏观偏析情况。对于Nb元素富集区域，再用现代微观手段分析出Nb及其化合物在晶粒内与晶界分布情况，对Nb元素的分配系数及其枝晶偏析情况进行确定。掌握Nb在铸坯中分布情况，再进行后续系列研究实验。2)Nb在奥氏体晶界的平衡偏聚高强度钢筋中Nb含量一般在0.02-0.04%，由铌化物溶解度公式可知：lgNbM=AB/(T+273)式中：Nb、M分别为固溶在钢中的Nb及C、N等元素的质量分数；A、B为常数；T为温度。其全固溶温度T为1200，加热到该温度以上，Nb完全固溶。Nb原子尺寸比Fe原子大，在奥氏体中不可能均匀分布，应该偏聚在晶界，这对随后的热加工有影响。通过固溶处理后水淬，测出样品中Nb在奥氏体晶界的偏聚情况。3）Nb在热轧过程中析出将试样加热透烧后，于不同温度下进行轧制实验，测试轧制后试样的性能和Nb的化合物析出情况，并对其表面质量和开裂情况进行评估，建立压下量、轧制温度对Nb的析出和网状铁素体形成的影响规律，得出不同形变温度下的最佳变形量的关键性工艺参数。4)现场调整控轧控冷工艺在生产现场对含铌钢进行控制轧制，以提高钢材的成材率。预期成果a）提供含铌钢的控轧控冷工艺一套，提高钢材的成材率。b）总结出铌元素在凝固、热变形中行为及其对钢性能影响规律，在国内外发表论文多篇。研究方法在连铸坯横截面对角线、中心和边缘钻取试样做化学成分分析，根据凝固动力学研究Nb及其化合物的析出行为。对有特征的试样再做电子波谱分析，讨论该元素的枝晶偏析情况。将标准样品在1200或以上温度加热透烧，于不同保温时间水淬，随后进行冲击试验，再作断口分析、金相分析和微观分析，确定Nb及其化合物的分布情况。将样品加工成梯形试样于不同温度下（1150850）轧制，在每一温度下变形量为1070%，做金相分析、成分分析和拉伸实验，建立起：加热中Nb的偏聚、各温度下轧制时Nb的析出及其钢中再结晶分数与钢材质量情况表。现场对钢的开坯，初轧和精轧的温度和轧制量调整。技术路线 对连铸钢坯取样和加工 化学成分分析 加热淬火分析Nb平衡偏聚 热轧变形实验 微观分析 性能测定 铌在钢中作用规律 生产参数研究的技术关键为：Nb及其化合物在晶界上分布的确定。我系在元素平衡和非平衡偏聚方面做了大量研究工作。项目负责人和主要成员曾在日本、香港中文大学物理系做过B元素在晶粒边界的分布研究。项目组正在与武汉钢铁集团公司技术中心合作进行含Nb高强汽车板的研究。经费预算支出科目金额根据及理由申请资助费共计35万1科研业务费10XRD、热分析和设备运行2实验材料费8钢、样品加工和试剂3现场业务费6出差、鉴定和分析4设备改装费2轧机和金相5技术协作费2.5微观分析6管理费1.5 艿蒂螅肄肂莈螅螄芈芄莁袆肀膀莀罿芆蒈葿蚈聿莄葿螁芄芀蒈羃肇芆蒇肅羀薅蒆螅膅蒁蒅袇羈莇蒄羀膄芃薃虿羆腿薃螁膂蒇薂袄羅蒃薁肆膀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁薈羀肁蒀薇蚀芇莆蚇螂肀节蚆袅芅膈蚅羇肈薇蚄螇袁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄蚁蚁膄膀蚁螃羇葿螀袅膃莅蝿羈羆芁螈蚇膁膇螇袀羄薆螆羂艿蒂螅肄肂莈螅螄芈芄莁袆肀膀莀罿芆蒈葿蚈聿莄葿螁芄芀蒈羃肇芆蒇肅羀薅蒆螅膅蒁蒅袇羈莇蒄羀膄芃薃虿羆腿薃螁膂蒇薂袄羅蒃薁肆膀荿薀螆