工程机械用高强度钢板控轧控冷工艺的开发.docx

鞍钢技术工程机械用高强度钢板控轧控冷工艺的开发曹刚王宏斌(鞍钢技术中心)(鞍山钢铁学院)摘要 为开发强度级别为 685M P a 的高强钢板的控轧控冷工艺, 研究了终轧温度、未再结晶区累积压下量、终冷温度、冷却速度等工艺参数对钢的显微组织和力学性能的影 响。实验结果表明, 在控轧控冷条件下, 钢的室温显微组织由铁素体和贝氏体组成, 贝氏体 主要以粒状贝氏体为主, 此外, 晶粒细化是提高钢的强度和韧性的最有效的手段。关键词 高强钢板 控轧控冷 工艺D eve lopm en t o f Co n t ro lled R o llin g an d Coo lin g T ech no lo gyin H igh S t ren g th P la te fo r M ech an ica l E n g in ee r in gCa o Gan g(A ISC T ech no lo gy C en te r)W an g Hon gb in(A n sh an Iro n an d S tee l T ech no lo gy In st itu te)A bstrac t T h e effec t o f tech no lo gy ica l p a ram e te r s such a s f in ish ing tem p e ra tu re, ac2 cum a ted reduc t io n in un 2rec ry sta lliza t io n zo ne, f in ish tem p e ra tu re and th e coo ling sp eed o n stee l m ic ro st ruc tu re and m ech an ica l p rop e r t ie s h a s been stud ied in o rde r to deve lop th e co n t ro lled ro lling and coo ling tech no lo gy o f h igh st reng th p la te w ith st reng th g rade o f685M P a. T h e re su lt s o f te st show th a t th e th e rm a l m ic ro 2st ruc tu re o f stee l is m ade o f fe r2r ite and ba in ite. C h ief am o ng ba in ite a re g ra in ba in ite. G ra in ref in ing is th e m o st effec t ive m e tho d to im p ro ve th e st reng th and to ugh ne ss o f stee l.Key W ords h igh 2st reng th p la te co n t ro lled ro lling and co lo ing tech no lo gy氏体钢得到广泛的应用。其中, 贝氏体钢具有在整个横断面良好、均匀的性能, 以及优异的 强度、韧性和经济性, 因此尤其适合于高强度 厚规格的钢板的生产。根据拟开发的强度级别为 b 685M P a,s 585M P a, A k (v) 24J (- 40) 的工程机械 用高强钢板, 设计了一种低碳微合金化的控 轧控冷型贝氏体钢, 进行了轧制、冷却工艺参数与钢的性能和显微组织之间关系的研究,1前言控轧控冷工艺已经广泛地应用于高强度低合金钢板的生产中, 以细化晶粒、提高钢的 强度和韧性。 传统的高强度钢板主要通过固 溶强化、析出强化来提高钢的强度, 近年来,采用细晶强化和相变强化的新型多相钢和贝曹刚 工程师 鞍钢技术中心钢研所钢材室邮编 114001鞍 钢 技 术7以制定控轧控冷工艺。轧制。 轧制规程采用两阶段轧制, 第一阶段在出炉后立即进行轧制, 并在 1000结束轧制, 压下 规程为 806040mm ; 第二阶段轧制开始温度为 900, 压 下 规 程 为 40 30 25 22 20mm , 终轧温度范围为 850 700, 轧后采用 水冷和空冷两种冷却方式, 水冷速度控制在 810s, 终冷温度在 400 680之间。此外, 还 研究了轧制第二阶段不同累积压下量对性能的影2实验方法2. 1化学成分实验所用钢种化学成分如表 1 所示。 为 提高钢的淬透性, 添加少量的M o 和N i, 并采用 N b、T i 微合金化, 以增强晶粒细化和析出 强化效果。响, 轧后拉伸和 V形冲击试样沿轧件横断面截取, 其中冲击性能在- 40条件下测定, 在金相显微镜和透射电镜下观察, 分析钢的室温显微组 织。表 1实验钢化学成分, w t%2. 2CC T 曲线的制定实验钢的连续转变 CC T 曲线 ( 如图 1 所示) 是钢 在 1150奥 氏 体 化 并 于 800变 形50% 后连续冷却条件下测定的。 实验钢在加 速冷却条件下, 中温转变产物主要为贝氏体 组 织, 贝 氏 体 转 变 温 度 在 600 450之 间, 并依此初步制定钢的冷却工艺实验参数。图 2 实验钢的实验工艺简图3实验结果与分析3. 1 终轧温度对性能的影响图 3 表示终轧温度对实验钢的力学性能 和韧性的影响。 钢的强度和韧性在加速冷却条件下明显优于空冷条件。 当轧后立即进行 加 速 冷 却, 在 850 750之 间, 随 终 轧 温 度 的降低, 实验钢的强度降低, 而韧性提高; 当 低于 750时, 强度增加, 韧性变坏。 因为实 验钢的 A r3 约为 755, 低于此温度, 强度的 增加是由于形变铁素体和残余奥氏体转变的 贝氏体的相变强化造成的, 而在高于此温度 时, 钢的强度提高, 主要是形变奥氏体转变成 贝氏体体积分数增加和贝氏体自身的细化造图 1 实验钢的连续转变 CC T 曲线2. 3控轧控冷实验实验钢的控轧控冷实验在 5 300 实验轧机和 自制水幕冷却装置上进行, 实验工艺如图 2 所示。 实 验 钢 坯 料 尺 寸 为 80mm 140mm 70mm , 在炉中加热到 1150, 并保温 1h , 进行 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. CS iM nT iN bM oN iA r1, A r3, 0. 1090. 3231. 5240. 0160. 0340. 2830. 307387551999 年第 5 期8成的。 相反, 在轧后空冷条件下, 随终轧温度降低, 强度增加, 韧性变化不明显。图 3 终轧温度对实验钢的力学性能和韧性的影响3. 2终冷温度对性能的影响图 4 表示终冷温度对实验钢的力学性能 和韧性的影响。 尽管降低终冷温度可以提高 钢 的 强 度, 但 是 这 种 强 度 的 提 高 只 是 在560以上才十分显著。 在 680 560终冷温度范围, 钢的 b、s 呈上升的趋势, b 大约提高 60M P a, s 提高了近 100M P a; 在 560420之间, b 变 化 不 明 显, 而 s 有 所 降 低,这可能与产生马氏体组织, 出现连续屈服有 关。 至于 A k (v) 值在终冷温度 560以上变化不显著, 约为 35J 左右; 当进一步降低终冷温度时, A k (v) 值迅速降低到 20J 左右。图 4终冷温度对实验钢的力学性能和韧性的影响3. 3压下量的影响实验钢在第二阶段累积压下量的大小决 定了原始奥氏体加工硬化程度, 从而影响钢 的轧后连续冷却转变行为, 以及晶粒尺寸的 大小, 并最终决定钢的组织性能。 如图 5 所 示, 随压下量的增加, 钢的强度增加, 同时韧性提高, 当 压 下 量 在 50% 以 上 时, 增 加 效 果 不明显。3. 4典型显微组织实验钢控轧控冷后的典型显微组织由铁 素体、贝氏体等混合组织组成, 并且贝氏体的 含量和组成由工艺参数决定。 实验钢所得到 的 贝 氏 体 组 织 主 要 为 粒 状 贝 氏 体 和 上 贝 氏 体, 贝氏体和铁素体的形貌呈板条状和等轴状, 在板条之间存在残余奥氏体和马氏体岛。 同轧后空冷相比, 加速冷却条件促进先共析 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 鞍 钢 技 术9铁素体和贝氏体组织在原始奥氏体晶内的形核与长大, 细化钢的显微组织, 并且抑制先共 析铁素体相变, 生成更多的贝氏体组织。 此外, 降低终轧温度可以细化晶粒, 但是对于贝氏体含量影响不显著。3. 5晶粒度和性能之间的关系图 5 压下量对实验钢的力学性能和韧性的影响实验钢的晶粒度与性能之间的关系如图6 所示, 随着晶粒度的增加, 钢的强度和韧性 提高, 即晶粒细化是提高钢的强度的最直接、有效的手段。并且不管工艺参数如何变化, 只要当晶粒度 (A STM ) 大于 10 级时, 钢的强度 和韧性均满足要求。图 6 实验钢晶粒度与力学性能和韧性之间的关系4结论氏体相变强化是最主要的强化手段。(3) 晶 粒 细 化 是 提 高 钢 的 强 度 的 最 直 接、有效的手段, 晶粒度 (A STM ) 大于 10 级时, 钢的强度和韧性均满足要求。(1) 当实验钢终轧温度在 750 800之间, 终 冷 温 度 在 560 600之 间