710MPa级热轧高强钢的组织性能

2024-07-28 作者:

第30卷第10期2009年10月东北大学学报(自然科学版)JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Vol130,No.10Oct.　2009

710MPa级热轧高强钢的组织性能

衣海龙,王晓南,杜林秀,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:用1750mm热连轧机组,通过控轧控冷工艺轧制了8mm厚的高强汽车板,利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对其组织与性能进行了研究・结果表明,试验钢的组织主要为细晶铁素体和分布在铁素体晶界处的碳化物;试验钢的屈服强度为650MPa左右,抗拉强度达到740MPa左右,应变硬化指数和塑性应变比分别为0112和0180,达到了很好的强韧性匹配;细化的铁素体晶粒及尺寸细小的TiC析出物有效提高了试验钢的强度・关　键　词:高强钢;控轧控冷;碳化物;析出物

中图分类号:TG115.21+3　　　文献标识码:A　　　文章编号:100523026(204

MicrostructureandMechanicalPropertiesof710MPaHot2

RolledHigh2StrengthSteel

YIHai2long,WANGXiao2nan,DULin2xiu,WANGGuo2dong

(TheStateKeyLaboratoryofRollingandAutomation,NortheasternUniversity,Shenyang110004,pondent:YIHai2long,E2mail:yihl@)

Abstract:Thehigh2strength8,themicrostructureandmechanicalpropertiesofspecimensofthesheetweretestedandinvestigatedbymeansofopticalmicroscope(OM),scanningelectronmicroscope(SEM)andtransmissionelectronmicroscope(TEM).Theresultsshowedthatthemicrostructureofspecimenismainlycomposedoffine2graldandtensilestrengthsofspecimensareabout650and740MPa,respectively,andthevaluesofstrainhardeningexponent(n)andplasticstrainratio(r)are0.12and0.80,respectively,t,thefine2grainedferriteandTiCnano2precipitatesplayaneffectiveroleinstrengtheningthesteel.

Keywords:high2strengthsteel;TMCP(thermomechanicalprocess);carbide;precipitate

随着汽车工业的发展和政府法规的日益严格,汽车工业对轻量化、安全、排放、降低成本控制及燃料经济性的要求越来越高・为了降低油耗和排放量,需要汽车轻量化・同时,为了提高汽车安全性,又要增加主动与被动安全措施,这将增加汽车的质量,解决这一矛盾的有效手段就是采用高强度钢和先进高强度钢・国内外在利用TMCP工艺得到600～700MPa级高强钢时多采用合金化的思想,且其中合金元素的数量较多,并加入附加值较高的Mo,Cr,Ni等合金元素,导致钢材成本

的增加[1-8]・同时,合金元素的增多增加了钢材前期冶炼及后期回收再利用的难度・因此,在不添加附加值较高的Mo,Cr,Ni等合金元素并简化生产工艺的条件下来生产技术含量高、附加值高的高强度钢已经成为近年来钢铁材料研究领域的研究重点・

本文主要结合国内某厂的设备情况,利用Ti微合金元素的成本优势,通过单独添加微合金元素Ti,在1750mm热连轧机组上开发出厚度规格为8mm、抗拉强度为710MPa级热轧汽车板,

收稿日期:2008210214

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50271015)・

作者简介:衣海龙(1979-),男,辽宁阜新人,东北大学讲师,博士;杜林秀(1962-),男,辽宁本溪人,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・

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东北大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　第30卷

1.2　轧制工艺及组织性能检验

对其组织及力学性能进行了研究,分析了析出物

的形貌及成分,为进一步优化现场的轧制工艺提供了重要的数据・

1　试验过程

1.1　试验钢的成分

轧制试验在某厂的1750mm热连轧机组上

进行,其生产工艺流程为:加热炉→1750mm控轧→层流冷却→卷取・在钢卷经卷取机卷取后在线取样,取样位置为钢板的横向1/4处,检验项目为拉伸、冷弯、应变硬化指数(n)、塑性应变比(r)及金相组织・金相试样经研磨、抛光后,采用4%的硝酸酒精溶液腐蚀,应用LEICA2DMIRM多功能光学显微镜和JSM25500LV扫描电镜对显微组织进行观察,通过制作薄膜试样,利用H2800透射电镜对试样组织及析出物进行观察・

试验材料为现场冶炼的连铸坯,其冶炼工艺为:混铁炉→铁水预处理→转炉→LF精炼炉→连铸・考虑到汽车板对焊接性能的要求,采用低碳路线,同时,在实验室的研究中发现钛的析出强化效果较为明显[3];因此,采用低碳高钛的成分路线,其具体化学成分如表1所示・

表1　试验钢的化学成分(质量分数)Table1　ChemicalcompositionsoftestedsteelC

Si

Mn

P

STi0.05～0.10

Nb

N

%

≤0.10≤0.30≤1.70≤0.015≤0.010≤0.01≤0.005

2　试验结果2.1　力学性能n0

表3　试验钢的n,r值

Table3　Valuesofnandrofthetestedsteel

n45

n90

nm

r0

r45

r90

rm

由表2可知,经控制轧制与控制冷却工艺后,试验钢的屈服强度为650～670MPa,抗拉强度为

720～750MPa・当试验钢的抗拉强度达到710MPa以上时,其具有良好的断后伸长率及良好的综合力学性能・表3示出了试验钢的n,r值,其

表2　试验钢的力学性能

Table2　Mechanicalpropertiesoftestedsteel

Rt0.5/MPa

Rm/MPa

A80/%

Rt0.5/Rm

0.120.120.120.1200.850.800.800.82

平均值分别为0112和0182,对于此强度级别的

热轧高强度钢来说,具有较好的加工硬化和塑性变形能力・2.2　显微组织

由图1知,试验钢的显微组织由铁素体和分布在铁素体晶界上的细小碳化物组成・通过扫描照片能更清楚地看到细晶铁素体及晶界处碳化物的形貌,铁素体晶粒细小,用割线法测得铁素体晶粒尺寸为4～5μm・

0740.900.890.90

图1　试验钢的显微组织Fig.1　Microstructureofspecimens

(a)—OM;(b)—SEM・

应用透射电镜对试验钢做进一步的组织观

察,其结果如图2所示・试验钢的组织以细晶铁素

体为主,铁素体呈现非等轴和等轴铁素体,同时在

铁素体的晶界处存在沿晶或是相界析出的条状碳

第10期　　　　　　　　衣海龙等:710MPa级热轧高强钢的组织性能化物,如图2b中的箭头所示・对铁素体晶粒上的位错形态进行观察,如图2c所示,其位错密度不高,位错强化的贡献较小・组织中同时存在少量的

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珠光体,其大多以退化珠光体的形式存在,如图

2d中的箭头所示・

图2　试验钢的透射照片Fig.2　TEMimagesofspecimens(a)—非等轴铁素体;(b)—等轴铁素体及晶界处条状碳化物;(c)—铁素体中位错;(d)—退化珠光体・

2.3　析出物

由图3的分析可知,尺寸相对较大的析出物主要为TiN,尺寸细小的析出物主要为TiC・按照热力学稳定性降低的顺序,Ti的化合物依次为:TiN,Ti4C2S2和TiC[9]・在TiN,Ti4C2S2和TiC等析出粒子中,由于TiN和Ti4C2S2的溶度积比较小,一般在均热前或均热过程中就会析出,析出粒子较大,尺寸在150nm左右,对试验钢的强度贡

献较小,如图3a,图3b所示・在实际轧制过程中,由于轧制速度比较快,析出物的析出主要发生在层流冷却过程及卷取过程,在这一温度条件下,析出产物主要为TiC,而且其析出尺寸较小,尺寸小于50nm,具有较好的析出强化效果,如图3c,图3d所示・由于试验钢中S含量控制得较低,所以未发现Ti的硫化物析出・

图3　析出物及对应成分

Fig.3　TEMimagesofprecipitatesinspecimensandtheircompositions

(a)—尺寸较大的析出物;(b)—对应(a)的成分分析;(c)—尺寸细小的析出物;(d)—对应(c)的成分分析・

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等轴铁素体,位错密度不高,另有少量珠光体区域

和一定量球状或长条状碳化物在晶界或晶内析出・在析出物中观察到了尺寸较大的TiN析出物及弥散细小的TiC析出物・由于Ti微合金化高强钢中的碳含量相对低,且珠光体的含量较少,主要以退化珠光体的形式存在;因此,珠光体强化可以忽略不计・而成品组织中没有发现贝氏体,所以贝氏体强化不作考虑・对于位错强化来说,由于组织中位错密度不高,所以钢中的位错强化效果也相对较弱・因此,对于710MPa级热轧汽车板而言,细晶强化与析出强化为其主要的强化机理・

由图4可知,尺寸相对细小的析出物分布的

相对数量较多,这些细小的析出物对提高试验钢的强度起到了重要的作用・由前面对析出物的分析表明,在析出总量相同的条件下,析出物的尺寸越细小,分布越分散,对强度的贡献越大・

4　结　　论

1)试验钢经过控制轧制与控制冷却工艺后,

获得了细晶铁素体为主的8mm厚的热轧板卷,

图4　试验钢析出物分布示意图Fig.4　Blockdiagramofdistributionofprecipitates

inspecimen

3　讨　　论由含钛高强钢的变形奥氏体的CCT曲线可知[10],与未变形相比,铁素体开始析出线向左上方移动,而贝氏体开始转变线向左下方移动・因此在奥氏体区终轧后,有较宽的铁素体析出区,这样在较宽的冷速范围内,大量铁素体从奥氏体中转变的同时,贝氏体转变却受到很大的抑制・根据含钛高强钢变形奥氏体CCT曲线的这种特点,给出此次开发的710MPa级热轧含钛高强度钢的工艺原理图,如图5所示・在高温变形后的奥氏体进入铁素体转变区间后,铁素体先是在原始奥氏体晶界处形核,随着冷却过程的进行,铁素体逐渐占满了奥氏体晶粒,与此同时合金元素的碳氮化物析出会均匀分布于铁素体基体上・

其屈服强度为650MPa左右,抗拉强度大于710MPa,n,r值分别为0112和0180,具有良好力学性能的同时,又具有较好的加工硬化能力及塑性变形能力・

2)710MPa级热轧汽车板中大致存在两种典型的析出物・一种为TiN,尺寸较大(150nm左右),其对强度贡献较小,另一种以TiC为主,尺寸细小(小于50nm)・细化的铁素体晶粒及尺寸细小的TiC析出物有效提高了试验钢的强度・参考文献:

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(下转第1428页)

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