800MPa级双相组织低屈强比钢厚板研究

文章编号:100523026(2006)0420414204

800MPa级双相组织低屈强比钢厚板研究

张丕军,刘相华,王国栋

(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳　110004)

摘　　　要:对基本成分为Fe2011C2Mo的微合金HSLA钢进行了变化轧制与冷却参数的试验,

分析了钢的组织形貌及微观结构;研究了变形和冷却参数与钢的屈强比、缺口冲击功、延伸率等的关系・结果表明:通过对轧制、冷却工艺的组合与变化,实现对钢的强度、塑性、屈强比的控制;抗拉强度800MPa级的厚钢板,其屈强比控制在0175以下,低温冲击韧性良好・钢的组织主要由针状铁素体和马氏体两相组成・关　键　词:轧制;冷却;双相钢;组织;性能;厚板中图分类号:TG33　　　文献标识码:A

为了满足特殊的性能要求,低屈强比高强度钢成为厚板研究开发的一个热点・这类材料是通过调整钢的成分和制造工艺,实现对组织转变和各相比例的准确控制,最终表现出特殊的力学性能・双相钢具有连续屈服、低屈强比、高的延展性以及很高的加工硬化率[1～10],已经广泛应用于汽车制造业・用于高层建筑钢结构材料等厚钢板,通过控轧控冷技术获得的具有双相组织的钢铁材料强度在800MPa以上,厚度大于20mm的钢板,如何在轧制状态下获得理想的屈强比和冲击韧

性,是一个值得研究的课题・

本文开发了一种含Nb,Cr和Mo的钢种,进行了各种轧制和冷却参数的试验,研究了工艺条件对这种钢的特征、力学性能(屈强比、延伸率、冲击韧性等)的影响规律・

1　实验过程

1.1　试验材料

试验钢的化学成分如表1所示・

表1　试验用钢的化学成分(质量分数)

Table1　Chemicalcompositionofspecimen

C

0.08

Si0.30

Mn1.50

P0.007

S0.004

Mo0.32

Ti0.014

Cr0.21

Nb0.015

Al0.038

%N0.0040

1.2　试验设备与试验流程

冷温度空冷至室温・

试验用钢由真空感应炉冶炼,共浇铸6支100kg钢锭,锻造成厚度为210mm的钢坯・在Gleeble1500热模拟试验机上进行压缩与冷却试验,绘制CCT曲线;并利用该试验机研究了变形与冷却参数对钢的组织形貌的影响规律・根据热模拟试验结果,制定了钢板轧制和冷却工艺制度・钢坯在电阻加热炉内加热,钢坯分别加热至1170℃,在最大轧制压力为1000t的试验轧机上进行轧制・钢坯经11道次轧制,成品厚度为20～36mm・成品钢板经不同时间的驰豫之后进入加速冷却装置进行加速冷却,出水后在不同的停

2　热模拟试验

2.1　试验钢的CCT曲线

在Gleeble1500热模拟试验机上对试验钢试

样按下述工艺进行压缩和冷却试验:加热温度1170℃,保温10min,分别在1100℃和920℃压缩35%,以不同速度冷却至室温・根据膨胀曲线和金相检验结果绘出CCT曲线・

由CCT曲线可知,在实验冷却速度范围内,钢的组织转变包含铁素体区和贝氏体区・其中铁素体转变区包括多边形铁素体和针状铁素体两个

收稿日期:2005207229

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50474086;50334010)・

作者简介:张丕军(1958-),男,山东潍坊人,教授级高级工程师,东北大学博士研究生;刘相华(1953-),男,黑龙江双鸭山人,东

北大学教授,博士生导师;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师,中国工程院院士・

第4期　　　　　　　张丕军等:800MPa级双相组织低屈强比钢厚板研究区域・针状铁素体的形成范围很大;贝氏体转变区明显左移且右封口,故贝氏体在较高的冷却速度(>30℃/s)下才能形成・CCT曲线上没有明显的卷取温度区间,但铁素体转变区很大,具有很宽的速度窗口・这样,在实际热轧生产过程中,无需卷取窗口就可以很容易地获得铁素体(包括针状铁素体)和马氏体双相组织・从试验钢的CCT曲线还可看出,在011～30℃/s冷却速度下,钢的组织由铁素体和马氏体两相组成,当冷却速度大于1℃/s时,出现部分呈针状特征的铁素体,见图2・针状铁素体的比例在10～30℃/s范围内,随冷却速度的提高而增加,该结果与赵明纯等人

所做的工作是一致的[10]・

415

图1　试验钢的连续冷却转变曲线Fig.1　Continuouscoolingtransformationcurve

ofspecimen

图2　不同冷却速度时试验钢SEM照片

Fig.2　SEMimagesofspecimenatdifferentcoolingrates(a)—冷却速度为5℃/s;(b)—冷却速度为15℃/s・

2.2　变形与冷却工艺对钢显微组织的影响

变形温度和冷却速度对铁素体板条尺寸的影

响见图3和图4・

驰豫时间与快冷终止温度对铁素体板条束尺寸的影响见图5和图6・

图3　变形温度对铁素体板条尺寸的影响Fig.3　Effectofdeformationtemperatureonferrite

lathsize

图5　驰豫时间对铁素体长度的影响

Fig.5　Effectofrelaxationtimeonferritelathsize

图4　冷却速度对铁素体尺寸的影响Fig.4　Variationofferritesizewithcoolingrate

图6　快冷终止温度对铁素体长度的影响

Fig.6　Effectofendingcoolingtemperatureonferrite

lathsize

试验结果表明,在较低温度下变形,铁素体的

416

东北大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　第27卷

长度比高温下变形缩短,而宽度则没有明显变化・

冷却速度的影响也表现出类似规律:冷速提高,铁素体长度缩短,宽度变化较小・随着驰豫时间的推移,铁素体尺寸经历了由细化至粗化的过程,在驰豫60s时,其细化达到最佳状态・

3　钢板轧制工艺、结果与讨论

3.1　工艺参数对力学性能的影响

轧制与冷却工艺参数见表2,钢板的力学性能如表3・

表2　加热轧制及冷却工艺

Table2　Heating,rollingandcoolingprocesses

编号钢板厚度/mm

1

23456

202525303236

加热温度/℃

115011501150120012001200

终轧温度/℃

845900830825880850

驰豫时间/s

6030709012080

冷却速度/(℃・s-1)

16

1923252730

停冷温度/℃

05805000420460

表3　钢板的力学性能

Table3　Mechanicalpropertiesofspecimens钢板

编号

123456

Rp0.2

Rm

Rp0.2Rm

A

MPa565550590575610560

MPa850740810840770820%23.523.529.020.024.023.0

横向V型缺口冲击功与断口剪切面积比,(J・%-1)-20℃-0℃-60℃-80℃

275/10085/40307/100257/10060/40222/100

223/10060/33297/100228/10035/15212/100

197/9531/20251/90207/10021/10201/100

178/8520/10198/80198/10011/0197/85

0.6650.7430.7280.6850.7920.683轧制参数对各钢种的力学性能表现出显著影响・在冷却参数相近的条件下,终轧温度对冲击功的影响是起决定作用的,图7所示为分别在825℃和900℃终轧时的系列温度冲击功曲线的对比・在终轧温度近似的情况下,钢的屈强比与轧制完成之

后驰豫时间有对应关系,见图8・

图8　驰豫时间对屈强比的影响

Fig.8　Effectofrelaxationtimeonyield2to2strengthratio

3.2　铁素体与马氏体形貌特征

随着终轧温度由高向低的变化,针状铁素体

图7　终轧温度对冲击功的影响

Fig.7　Effectoffinishrollingtemperatureon

impacttoughness

呈细化趋势,同时马氏体形貌从长条状转变为短棒状,当终轧温度为825℃时,马氏体呈现为近似等轴的岛状,如图9所示・

图9　不同终轧温度下马氏体形貌SEM照片

Fig.9　TypicalSEMimagesofmartensiteatdifferentfinishrollingtemperature

(a)—880℃;(b)—825℃・

第4期　　　　　　　张丕军等:800MPa级双相组织低屈强比钢厚板研究终轧温度直接影响马氏体岛的尺寸,由图10可知,终轧温度越高,马氏体越粗大,反之,终轧温度越低则马氏体岛尺寸越小,由图9可见其分布也更加弥散・

参考文献:

[1]

417

图10　终轧温度对马氏体尺寸的影响Fig.10　Effectoffinishrollingtemperatureon

martensitesize

4　结　　论

(1)试验用钢在适当的工艺条件下,可以获

得铁素体和马氏体为主的双相组织・其中,铁素体呈现针状形貌,以小角度晶界为主・钢的屈强比控制在0.75以下,韧性和塑性优良・(2)通过调整轧制和冷却参数,马氏体的形貌和比例能够得到灵活控制,从而表现出不同的力学性能,进而实现以TMCP工艺生产低屈强比高强钢的目的・

(3)由于工艺相对简单,并且在参数变化时,钢的力学性能表现稳定,因此认为,试验钢种适合于工业化生产・

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Developmentofa800MPaDual2PhaseandLowYieldRatioHeavySteelPlate

ZHANGPi2jun,LIUXiang2hua,WANGGuo2dong

(TheStateKeyLaboratoryofRolling&Automation,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China.Correspondent:ZHANGPi2jun,E2mail:pjzhang@baosteel.com)

Abstract:RollingandcoolingexperimentswerecarriedoutforthemicroalloyedHSLAsteelofwhichtheelementarycompositionisFe20.1C2Mo,anditsmorphologyandmicrostructureswereanalyzed.Theeffectsofdeformationandcoolingparametersontheyieldratio,Charpynotchimpacttoughnessandelongationofthesteelwereinvestigated.Itwasfoundthataprecisecontrolofitsstrength,ductilityandyieldratiocanbeachievedthroughaproperlychangedcombinationofrollingandcoolingparameters.Theyieldratioofthedevelopedgrade800MPatensilestrengthheavysteelplateiscontrolledbelow0.75withexcellentlow2temperatureimpacttoughnessprovided.Mainlyitsmetallographicstructureconsistsofacicularferriteandmartensite.

Keywords:rolling;cooling;dual2phasesteel;microstructure;properties;heavyplate

(ReceivedJuly29,2005)