700mpa級微鑄鐵微合金化級微合金化鋼組織與性能研究

700mpa級微鑄鐵微合金化級微合金化鋼組織與性能研究

700mpa級高強度鋼廣泛應(yīng)用于混凝土泵車、汽車爐、自行車等車輛，減少了車輛質(zhì)量，提高了有效負荷能力和安全性。為滿足低成本與冷成型性能的要求,目前大多先進鋼廠都采用低碳鈮鈦(釩)微合金化成分來生產(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,本文基于屈服強度700MPa級高強鋼在工業(yè)化大生產(chǎn)中出現(xiàn)力學(xué)性能差異顯著的現(xiàn)象,研究了顯微組織對力學(xué)性能的影響,并根據(jù)不同組織類型下使用性能的特征,提出了該鋼種在不同應(yīng)用場合條件下,所需選擇的目標組織類型。1化學(xué)成分及軋車試驗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級高強鋼鋼卷中部的開平鋼板,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。切取試驗鋼板寬度中部的部分材料,分別進行力學(xué)性能、光學(xué)金相、掃描電鏡、透射電鏡、物理化學(xué)相的檢驗或分析。2試驗結(jié)果與討論2.1試驗鋼的力學(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)性能都能滿足技術(shù)要求,但存在顯著差異,其特征分別為:低屈服強度、低抗拉強度、高延伸率、高沖擊功(12.2鐵素體平均晶粒尺寸及數(shù)量三種試驗鋼的顯微組織如圖1所示?？煽闯?三試驗鋼具有不同的顯微組織類型與晶粒尺寸。屈服強度與抗拉強度都低、沖擊功高的試驗鋼對應(yīng)的顯微組織類型為多邊形鐵素體+少量退化珠光體,鐵素體平均晶粒尺寸約為4.5μm,見圖1(a),通過Photoshop測定圖片中的晶粒數(shù)量,然后計算晶粒平均面積,進而轉(zhuǎn)化為平均粒徑,每試樣測定5個視場。屈服強度與抗拉強度都高、沖擊功適中的試驗鋼對應(yīng)的顯微組織類型為超細的準多邊形鐵素體,鐵素體平均晶粒尺寸約為3.5μm,見圖1(b)。屈服強度低、抗拉強度高、沖擊功低的試驗鋼對應(yīng)的顯微組織類型為粒狀貝氏體+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,見圖1(c)。圖2為三種試驗鋼的精細結(jié)構(gòu)TEM圖片。可知,12.3第二相分離三種試驗鋼中第二相粒子的類型及各類型的質(zhì)量百分含量如表3。可知,1試驗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)果為進一步研究三種試驗鋼沖擊功的顯著差異是否由夾雜物引起,對試驗鋼進行了夾雜物分析,分析結(jié)果如表4。可知,三種試驗鋼中主要的夾雜物類型為球狀氧化物類(D類)與TiN類,夾雜物水平存在一定差異,但差別并不顯著。試驗鋼沖擊功的高低與其夾雜物的水平并不存在明顯的對應(yīng)關(guān)系,如12.5強化機理分析根據(jù)與試驗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影響到鋼中鐵素體晶粒的尺寸、位錯密度,以及第二相粒子的尺寸與析出量。當(dāng)冷卻速率較低時,相變后的鐵素體晶粒長大較充分,鐵素體晶粒尺寸較大,晶粒內(nèi)部形成的高密度位錯可通過動態(tài)回復(fù)消除,因而位錯密度較低,同時,第二相析出粒子可以較充分析出和長大,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,相變后的鐵素體晶粒長大受到抑制,晶粒尺寸很細,并且形成M/A島,鐵素體中形成的大量位錯得以保存,位錯密度非常高,微合金第二相粒子析出受到抑制,析出量較少。1根據(jù)鋼的強化機理,對產(chǎn)生顯著強度差異的原因進行了分析。屈服強度為多種強化效果的疊加,可由下式進行定量預(yù)測:式中:σΔσΔσΔσ式中:KΔσ式中:f為第二相的體積分數(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)揮其強化作用根據(jù)三種鋼的實測屈服強度及式(1)~(4),可得到三種鋼各種強化效果的強度值,如表5所示?？芍?細晶強化、固溶強化、析出強化是此鋼種主要的強化方式。然而,固溶強化所引起的強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)上與析出強化作用相關(guān)聯(lián),當(dāng)元素析出程度相當(dāng)時,固溶強化效果相差不大。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度產(chǎn)生顯著差異的主要原因。3工業(yè)試驗根據(jù)三種試驗鋼所表現(xiàn)出來的不同力學(xué)性能特征,可將其應(yīng)用于不同的用途中。14顯微組織類型的選擇(1)此鋼種會因軋后冷卻速率的不同,形成三類代表性的組織類型: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)為屈服強度低、抗拉強度低、沖擊功高、斷后伸長率高的特征;冷卻速率為10~40℃/s時,形成準多邊形鐵素體(+少量貝氏體)組織,力學(xué)性能表現(xiàn)為屈服強度高、抗拉強度高、沖擊功適中、斷后延伸率適中的特征;冷卻速率>40℃/s時,形成粒狀貝氏體組織,力學(xué)性能表現(xiàn)為屈服強度低、抗拉強度高、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)通過獲得不同的顯微組織類型,可生產(chǎn)出滿足不同使用要求的700MPa級高強鋼,對塑性和韌性要求較高,需要大幅度折彎或壓型時(如自卸車車廂板),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型;對強度與沖擊韌