700mpa級(jí)微鑄鐵微合金化級(jí)微合金化鋼組織與性能研究

700mpa級(jí)高強(qiáng)度鋼廣泛應(yīng)用于混凝土泵車(chē)、汽車(chē)爐、自行車(chē)等車(chē)輛，減少了車(chē)輛質(zhì)量，提高了有效負(fù)荷能力和安全性。為滿(mǎn)足低成本與冷成型性能的要求,目前大多先進(jìn)鋼廠都采用低碳鈮鈦(釩)微合金化成分來(lái)生產(chǎn)該鋼種因顯微組織在很大程度上決定了材料的力學(xué)性能,本文基于屈服強(qiáng)度700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼在工業(yè)化大生產(chǎn)中出現(xiàn)力學(xué)性能差異顯著的現(xiàn)象,研究了顯微組織對(duì)力學(xué)性能的影響,并根據(jù)不同組織類(lèi)型下使用性能的特征,提出了該鋼種在不同應(yīng)用場(chǎng)合條件下,所需選擇的目標(biāo)組織類(lèi)型。1化學(xué)成分及軋車(chē)試驗(yàn)用鋼取自同澆次不同爐次、同軋制批次,不同軋后冷卻速率的三卷700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼鋼卷中部的開(kāi)平鋼板,試樣厚度均為6mm,狀態(tài)均為熱軋態(tài),化學(xué)成分如表1所示。鋼卷在2250mm熱連軋線生產(chǎn),軋制工藝為:鑄坯→1250℃加熱→五道次粗軋(1180~1060℃)→七道次精軋(1050~840℃)→10、25、40℃/s軋后冷卻→600(冷速10℃/s)、580(冷速25℃/s)、570℃(冷速40℃/s)卷取。切取試驗(yàn)鋼板寬度中部的部分材料,分別進(jìn)行力學(xué)性能、光學(xué)金相、掃描電鏡、透射電鏡、物理化學(xué)相的檢驗(yàn)或分析。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能采用不同軋后冷卻速率(10、25、40℃/s)生產(chǎn)的三種試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能如表2所示?？芍?三種鋼的力學(xué)性能都能滿(mǎn)足技術(shù)要求,但存在顯著差異,其特征分別為:低屈服強(qiáng)度、低抗拉強(qiáng)度、高延伸率、高沖擊功(12.2鐵素體平均晶粒尺寸及數(shù)量三種試驗(yàn)鋼的顯微組織如圖1所示。可看出,三試驗(yàn)鋼具有不同的顯微組織類(lèi)型與晶粒尺寸。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度都低、沖擊功高的試驗(yàn)鋼對(duì)應(yīng)的顯微組織類(lèi)型為多邊形鐵素體+少量退化珠光體,鐵素體平均晶粒尺寸約為4.5μm,見(jiàn)圖1(a),通過(guò)Photoshop測(cè)定圖片中的晶粒數(shù)量,然后計(jì)算晶粒平均面積,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為平均粒徑,每試樣測(cè)定5個(gè)視場(chǎng)。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度都高、沖擊功適中的試驗(yàn)鋼對(duì)應(yīng)的顯微組織類(lèi)型為超細(xì)的準(zhǔn)多邊形鐵素體,鐵素體平均晶粒尺寸約為3.5μm,見(jiàn)圖1(b)。屈服強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度高、沖擊功低的試驗(yàn)鋼對(duì)應(yīng)的顯微組織類(lèi)型為粒狀貝氏體+鐵素體,粒狀貝氏體中包含有較多的大顆粒非規(guī)格M/A組織,鐵素體晶粒尺寸約為2.8μm,見(jiàn)圖1(c)。圖2為三種試驗(yàn)鋼的精細(xì)結(jié)構(gòu)TEM圖片?？芍?12.3第二相分離三種試驗(yàn)鋼中第二相粒子的類(lèi)型及各類(lèi)型的質(zhì)量百分含量如表3?？芍?1試驗(yàn)鋼中第二相析出物的粒度分布如圖3所示。可知,12.4缺陷物分析結(jié)果為進(jìn)一步研究三種試驗(yàn)鋼沖擊功的顯著差異是否由夾雜物引起,對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行了夾雜物分析,分析結(jié)果如表4?？芍?三種試驗(yàn)鋼中主要的夾雜物類(lèi)型為球狀氧化物類(lèi)(D類(lèi))與TiN類(lèi),夾雜物水平存在一定差異,但差別并不顯著。試驗(yàn)鋼沖擊功的高低與其夾雜物的水平并不存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如12.5強(qiáng)化機(jī)理分析根據(jù)與試驗(yàn)鋼具有相近成分體系的研究結(jié)果軋后冷卻速率的不同也會(huì)影響到鋼中鐵素體晶粒的尺寸、位錯(cuò)密度,以及第二相粒子的尺寸與析出量。當(dāng)冷卻速率較低時(shí),相變后的鐵素體晶粒長(zhǎng)大較充分,鐵素體晶粒尺寸較大,晶粒內(nèi)部形成的高密度位錯(cuò)可通過(guò)動(dòng)態(tài)回復(fù)消除,因而位錯(cuò)密度較低,同時(shí),第二相析出粒子可以較充分析出和長(zhǎng)大,使得第二相粒子析出量較多,尺寸較大。相反,當(dāng)冷卻速率較快時(shí),相變后的鐵素體晶粒長(zhǎng)大受到抑制,晶粒尺寸很細(xì),并且形成M/A島,鐵素體中形成的大量位錯(cuò)得以保存,位錯(cuò)密度非常高,微合金第二相粒子析出受到抑制,析出量較少。1根據(jù)鋼的強(qiáng)化機(jī)理,對(duì)產(chǎn)生顯著強(qiáng)度差異的原因進(jìn)行了分析。屈服強(qiáng)度為多種強(qiáng)化效果的疊加,可由下式進(jìn)行定量預(yù)測(cè):式中:σΔσΔσΔσ式中:KΔσ式中:f為第二相的體積分?jǐn)?shù);x軃為第二相粒子平均粒徑,單位mm。因高Ti鋼(>0.08wt%)基本依靠TiC的納米析出相發(fā)揮其強(qiáng)化作用根據(jù)三種鋼的實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度及式(1)~(4),可得到三種鋼各種強(qiáng)化效果的強(qiáng)度值,如表5所示?？芍?細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化是此鋼種主要的強(qiáng)化方式。然而,固溶強(qiáng)化所引起的強(qiáng)度差別與微合金元素、C元素、N元素的析出充分情況有關(guān),即本質(zhì)上與析出強(qiáng)化作用相關(guān)聯(lián),當(dāng)元素析出程度相當(dāng)時(shí),固溶強(qiáng)化效果相差不大。因此,微合金元素第二相粒子的析出量及其尺寸分布與晶粒尺寸是強(qiáng)度產(chǎn)生顯著差異的主要原因。3工業(yè)試驗(yàn)根據(jù)三種試驗(yàn)鋼所表現(xiàn)出來(lái)的不同力學(xué)性能特征,可將其應(yīng)用于不同的用途中。14顯微組織類(lèi)型的選擇(1)此鋼種會(huì)因軋后冷卻速率的不同,形成三類(lèi)代表性的組織類(lèi)型:低冷速條件(<10℃/s)下形成鐵素體+珠光體組織,力學(xué)性能表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度低、沖擊功高、斷后伸長(zhǎng)率高的特征;冷卻速率為10~40℃/s時(shí),形成準(zhǔn)多邊形鐵素體(+少量貝氏體)組織,力學(xué)性能表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、沖擊功適中、斷后延伸率適中的特征;冷卻速率>40℃/s時(shí),形成粒狀貝氏體組織,力學(xué)性能表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度高、沖擊功低、斷后延伸率低的特征。(2)Nb、Ti、V微合金元素形成的第二相粒子的析出量及其尺寸與鐵素體晶粒尺寸是影響此鋼種強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,因軋后冷卻速率快產(chǎn)生的較大尺寸非規(guī)則狀M/A是引起沖擊韌性下降的重要原因。(3)通過(guò)獲得不同的顯微組織類(lèi)型,可生產(chǎn)出滿(mǎn)足不同使用要求的700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼,對(duì)塑性和韌性要求較高,需要大幅度折彎或壓型時(shí)(如自卸車(chē)車(chē)廂板),應(yīng)該選擇低冷速條件下形成的鐵素體+少量退化珠光體的組織類(lèi)型;對(duì)強(qiáng)度與沖擊韌