提高低碳铝镇静钢力学性能的研究_王义栋

提高低碳铝镇静钢力学性能的研究

王义栋　王晓宇

(鞍钢集团新轧钢股份有限公司)

摘要　对罩式炉生产低碳铝镇静钢产生性能不合的因素进行了定性研究。指出了影响低碳铝

镇静钢常规力学性能的主要因素,同时提出提高低碳铝镇静钢力学性能的措施。

关键词　罩式炉　低碳铝镇静钢　力学性能

Study on Improving M echanical Performance of Low Carbon Aluminium Killed Steel

Wang Yidong　Wang Xiaoyu

(Ang ang New Steel Co.,Ltd.)

Abstract　This pape r qualitativ ely studies th e facto rs causing poo r pe rfo rmance w hile low

car bo n Aluminium killed steel pr oduced in bell-type fur nace,ex po unds the main facto rs

effecting no rmal mecha nica l perfo rma nce and puts fo rw ard the measures to improv e

mechanical per for mance o f lo w ca rbon Aluminium killed steel.

Key Words　bell-type furnace　low carbon Aluminiu m killed s teel　mechanical perfo rmance

1　前言

目前,鞍钢冷轧厂生产低碳铝镇静钢面临的一个突出问题是力学性能不合,内控标准比例较大及St14ZF级比例较低。尽管采用IF钢原料代替低碳铝镇静钢能满足性能需要,但因IF钢成本较高,产量较少,在今后较长的时间内,性价比较高的低碳铝镇静钢仍将占主导地位。因此,提高低碳铝镇静钢的力学性能具有重要的意义。

据统计,低碳铝镇静钢力学性能不合中比例最大的是断裂延伸率,其次是杯突值、屈服强度及抗拉强度。从物理冶金的观点来看,材料的性能与其内在的组织形态有密切关系。本文主要从显微组织对低碳铝镇静钢常规力学性能的影响以及生产工艺对低碳铝镇静钢深冲性的影响进行定性分析研究,以期寻找低碳铝镇静钢组织与性能的关系,以及生产工艺对性能的影响,探索影响低碳铝镇静钢力学性能的各种因素,找出改善低碳铝静钢钢板力学性能的措施,以提高冷轧产品的实物质量。

2　影响低碳铝镇静钢常规力学性能的组织因素

通常,低碳铝镇静钢钢板的金相组织由铁素体和渗碳体两相组成。铁素体晶粒为饼形晶粒,渗碳体以颗粒形态弥散分布于铁素体基体中。低碳铝镇静钢钢板的力学性能与显微组织关系密切,其两个主要组织参数(即铁素体晶粒度和渗碳体的变化条件)及相互关系在一定程度上可以反映出其常规力学性能。

影响延伸率的主要组织参数是渗碳体的形态。当钢板显微组织中渗碳体析出形态呈链状分布、半网状分布,甚至网状分布,试样拉伸时,过早的沿渗碳体形成裂纹并扩展,导致低的延伸率,其断口形貌为渗碳体孔坑与细小韧窝的混合型。延伸率高的试样断口形貌为细小均匀韧窝型。

影响屈服强度的主要组织参数是铁素体晶粒

王义栋,工程师,1991年毕业于东北重型机械学院冶金机械专业,现任鞍钢新轧钢股份有限公司冷轧厂厂长(114021)。

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2003年第3期

鞍钢技术

AN GAN G TEC HNO LOGY

度。随着铁素体晶粒度的增大,屈服强度降低。但是,屈服强度与晶粒度的关系也时常不一致,这除了平整工艺可能对屈服强度产生一定影响外,钢板中渗碳体颗粒的尺寸、数量,[Al]/[N]比例等也影响屈服强度值。渗碳体颗粒越细小,数量越多,以及[Al]/[N]比例偏高造成AlN析出不完全,均能导致屈服强度升高。

影响抗拉强度的主要组织参数是渗碳体数量。随着钢板中析出的渗碳体颗粒度减小,单位面积颗粒数增加,钢板的抗拉强度升高。随着渗碳体数量增多,铁素体晶粒变得极不均匀,晶粒形状也极不规则,晶界扭曲严重,强度提高更为明显。因此,钢板获得大而均匀的晶粒和较少渗碳体颗粒的组织,可确保较低的强度和高的延伸指标。在某些情况下,虽然渗碳体以大块状形态沿晶界分布,但由于钢板中渗碳体颗粒数大大减少,铁素体晶粒充分长大,钢板的性能仍然较好。

由此可见,低碳铝镇静钢中渗碳体颗粒的细化,不仅对钢板产生强化作用,同时还在退火过程中对再结晶动力学产生影响,从而改变其退火组织。因此,研究低碳铝镇静钢中渗碳体的变化规律和变化条件,并通过调整生产工艺控制其在钢板中的尺寸、数量和分布,获得有利于钢板力学性能的显微组织具有重要意义。钢板冷轧状态中的渗碳体来自于热轧组织中的珠光体和部分铁素体晶界上的三次渗碳体。冷轧时,它们部分被破碎并随基体流动,同时也改变了原来的分布形态。退火过程中,随着退火温度的升高,渗碳体逐渐溶解(但不可能全部溶解),退火后冷却时,又发生渗碳体的析出。

钢板中碳含量的变化直接影响渗碳体的尺寸、数量。随着钢板中碳含量的增加,单位面积渗碳体数量增多,平均尺寸减小。在碳含量一定的条件下,退火前(冷轧后)的渗碳体尺寸和数量与热轧状态组织中渗碳体的大小分布密切相关。若热轧后的渗碳体以细珠光体形态分布,则冷轧后的渗碳体数量多,平均尺寸小;反之,若热轧状态的渗碳体以块状(或退火珠光体)存在,则冷轧后渗碳体数量少,平均尺寸大。同时,退火时未溶解的渗碳体数量越少,退火后冷却时作为核心的数目也少,最终组织中渗碳体的数量也越少。

低碳铝镇静钢的铁素体晶粒是在再结晶退火时,并吞形变基体而长大的再结晶晶粒,本质上应该为等轴晶粒,但是,由于钢板在退火过程中受退火温度、升温速度、保温时间及第二相粒子的影响,再结晶晶粒形状和尺寸将在一定范围内变化。另外,热轧状态的晶粒尺寸、冷轧压下量等因素也都影响再结晶晶粒尺寸。其中第二相粒子的影响,除AlN的影响外,退火钢板中的晶粒尺寸与渗碳体颗粒数成反线性关系。同时,随着渗碳体尺寸变小,数量增多,晶粒形状变得不规则,晶粒大小变得不均匀,晶界扭曲严重。这表明,细小渗碳体颗粒是再结晶过程中非自发形核和晶粒长大的阻碍因素。渗碳体颗粒对晶粒大小的影响还可以从提高再结晶形核率的角度来理解。此外,在退火早期阶段,随着退火温度升高,渗碳体逐渐溶解。当渗碳体溶解的碳原子进入基体时,被位错捕获,正是由于碳原子对位错的钉扎作用,使得再结晶开始前,位错的消失被推迟(渗碳体颗粒越细小,推迟作用越明显),即这种弥散的第二相粒子阻碍了加热时位错重新排列,构成亚晶界并随后发展成大角度晶界的过程(即再结晶的形核过程),也阻碍大角度晶界的迁移(即再结晶核心的长大),从而使再结晶受到阻碍,最后获得较小的再结晶晶粒尺寸。

3　热轧工艺对低碳铝镇静钢力学性能的影响

热轧工艺对低碳铝镇静钢力学性能影响最显著的因素是终轧温度和卷取温度。

热轧工艺主要控制AlN的溶解与析出,这对冷轧后形成饼状晶粒极为重要。必须指出,饼形晶粒并非深冲用钢板的组织特征,如超深冲IF钢组织就不是饼形晶粒,而是等轴晶粒,关键是AlN 是在热轧时析出,还是退火析出。

目前低碳铝镇静钢热轧实行“三高一低”的工艺,即高温加热、高温开轧、高温终轧和低温卷取,目的是使AlN在高温时固溶,在快速低温卷取中避免其析出,经冷轧后退火在加热过程中析出,而平行排列在冷轧纤维结构之间。当退火再结晶时,由于沿轧制方向平行排列的AlN阻碍了晶粒沿厚度方向长大,从而形成了伸长的饼形晶粒,以抑制不利织构并促进有利织构。若终轧温度偏低,不但诱发混晶出现,而且混晶的增多,也标志着不利

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