mn-b鋼的控軋控冷試驗(yàn)研究

mn-b鋼的控軋控冷試驗(yàn)研究

車板冷成型應(yīng)用中低屈強(qiáng)比鋼的形成機(jī)理近年來(lái)，低碳合金也被用作追求高強(qiáng)度和高耐性的重要指標(biāo)，如彎曲強(qiáng)度比。因?yàn)殇摰膹澢鷱?qiáng)度越低，意味著鋼的硬化指數(shù)和高的均勻伸長(zhǎng)率。若將低屈強(qiáng)比鋼應(yīng)用在建筑上,就可以提高建筑物的抗震性能;若作為汽車板使用,則可以顯著提高汽車板的冷成型性能。所以,人們不斷地通過(guò)化學(xué)成分優(yōu)化、控軋控冷工藝設(shè)計(jì)來(lái)研究低屈強(qiáng)比鋼的形成機(jī)理,并已取得了一定的研究成果。正是由于低屈強(qiáng)比鋼具有良好的成型性,人們一直認(rèn)為,鋼的屈強(qiáng)比越低,則鋼的塑性就越好。查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),很少有屈強(qiáng)比與塑性之間關(guān)系的研究報(bào)道。因?yàn)檠芯夸摰那鼜?qiáng)比與塑性之間關(guān)系首先要滿足兩個(gè)條件:一是鋼的化學(xué)成分要相同;二是鋼的屈服強(qiáng)度也要相同(或基本相同)。因?yàn)橹挥性诙呦嗤臈l件下才能客觀地研究屈強(qiáng)比對(duì)塑性的影響。但是,能制備出同時(shí)滿足這兩個(gè)條件的鋼鐵材料十分困難。本文通過(guò)成分、控軋控冷工藝設(shè)計(jì),制備出化學(xué)成分相同、屈服強(qiáng)度基本相同,而抗拉強(qiáng)度明顯不同的Mn-B鋼,并對(duì)該鋼進(jìn)行了屈強(qiáng)比與塑性之間的試驗(yàn)研究,以揭示屈強(qiáng)比與塑性之間的關(guān)系。1持續(xù)結(jié)晶型培養(yǎng)過(guò)程試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司進(jìn)行,試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分如表1所示。連鑄板坯厚度為150mm,板坯加熱溫度為1200℃~1250℃,采用兩階段軋制。第一階段為奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制階段,在這一階段(1000℃以上)奧氏體變形和再結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行,所得到的奧氏體晶粒由于再結(jié)晶的發(fā)生而比較細(xì)小,此階段道次壓下率大于15%。第二階段為奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制階段,開(kāi)軋溫度為920℃,此階段道次壓下率大于10%。試驗(yàn)鋼板經(jīng)過(guò)控制軋制后直接進(jìn)入層流冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻,終冷溫度分別490℃、320℃和200℃。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1冷溫度對(duì)鋼板屈服強(qiáng)度的影響經(jīng)過(guò)控軋控冷后,鋼板的力學(xué)性能如表2所示?？梢钥吹?當(dāng)終軋溫度基本一致而終冷溫度分別為490℃、320℃和200℃時(shí),3塊鋼板的屈服強(qiáng)度基本相同,而抗拉強(qiáng)度卻相差較大,并且是抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比都隨著終冷溫度的降低而增加。然而,這3塊鋼板的塑性并不隨著屈強(qiáng)比的降低而增加,而是隨著屈強(qiáng)比的降低而降低。2.2終冷溫度對(duì)鋼板應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響圖1所示為不同終冷溫度下鋼板的顯微組織,通過(guò)觀察分析可知,無(wú)論終冷溫度是200℃還是490℃,鋼板顯微組織都是由粒狀貝氏體+少量準(zhǔn)多邊形鐵素體組成。根據(jù)文獻(xiàn)的研究結(jié)果可知,由多種組織組成的鋼,其屈服強(qiáng)度是由這些組織中的“軟組織”所決定,而抗拉強(qiáng)度是由“硬組織”及其含量所決定。因此,這3種不同終冷溫度的鋼板,屈服強(qiáng)度主要是由它們的“軟組織”—準(zhǔn)多邊形鐵素體組織所決定。由于3塊鋼板的準(zhǔn)多邊形鐵素體晶粒大小十分接近,而且化學(xué)成分完全相同,所以它們的屈服強(qiáng)度也十分接近,平均值為575MPa。3塊鋼板的顯微組織除了準(zhǔn)多邊形鐵素體之外,還有另外一種重要的顯微組織———粒狀貝氏體。粒狀貝氏體是中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,相對(duì)于準(zhǔn)多邊形鐵素體而言,粒狀貝氏體屬于“硬組織”。粒狀貝氏體隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低,其鐵素體板條不僅會(huì)更細(xì),而且M/A島中的馬氏體含量也要隨之增加,必然會(huì)使粒狀貝氏體這個(gè)“硬組織”變得更硬,從而提高鋼的抗拉強(qiáng)度。所以,當(dāng)終冷溫度由490℃降至200℃時(shí),鋼板的屈服強(qiáng)度基本保持不變,而抗拉強(qiáng)度卻由675MPa增加到795MPa,屈強(qiáng)比隨之降低。根據(jù)金屬學(xué)原理可知,鋼的塑性變形包括均勻延伸和頸縮后的局部集中延伸兩部分。如果鋼的屈強(qiáng)比越低,那么鋼在屈服后就有較大的均勻延伸率δu,均勻塑性變形量越大,越不容易發(fā)生頸縮。反之,若鋼的屈強(qiáng)比較高,就會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中,均勻延伸變小。DenysR.的研究結(jié)果證明了這一結(jié)論,其試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2似乎表明,鋼的屈強(qiáng)比越低,則鋼的塑性越好。但是,這一結(jié)論并不絕對(duì)正確。因?yàn)榫鶆蜓由靸H僅是塑性變形總量的一部分,頸縮后的局部集中延伸也將直接影響到鋼的塑性變形。因此,具有低屈強(qiáng)比的鋼板并不表明它的總延伸率一定就大。根據(jù)金屬的應(yīng)變硬化指數(shù)與屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系:式中n———應(yīng)變硬化指數(shù)σs———屈服強(qiáng)度由于3種不同終冷溫度下鋼板的屈服強(qiáng)度σs十分接近,根據(jù)式(1)可知,它們的應(yīng)變硬化指數(shù)n也基本相同。因此,這3種鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以用圖3進(jìn)行描述。圖3表明,對(duì)于3種不同終冷溫度的鋼板,雖然終冷溫度為490℃的鋼板屈強(qiáng)比最高,但其塑性最好(19%);而終冷溫度為200℃的鋼板雖然具有最低的屈強(qiáng)比,但是它的塑性卻最差(12%);而終冷溫度為320℃鋼板的屈強(qiáng)比位于三者中間,所以它的塑性居中。理論分析認(rèn)為,如果某種鋼具有低的屈強(qiáng)比,僅表征它的均勻延伸較大,不容易發(fā)生塑性失穩(wěn)。低屈強(qiáng)比鋼之所以有更大的均勻延伸,是由于鋼中存在有“硬組織”。但是“硬組織”存在的有利之處是能夠促進(jìn)鋼的均勻延伸,不利的方面是降低頸縮后的局部集中延伸。這是因?yàn)楫?dāng)頸縮發(fā)生時(shí),孔洞首先容易在與基體結(jié)合薄弱處形成,并且隨著外載荷的增加,孔洞逐漸聚合成裂紋,由于“硬組織”(尤其是粒貝中的M/A島)塑性差,裂紋尖端的位錯(cuò)塞積嚴(yán)重,如圖4所示,應(yīng)力難以松弛,容易發(fā)生解理面斷裂,使塑性降低,而且是“硬組織”越硬,裂紋尖端的應(yīng)力松弛就越小,脆性斷裂的傾向性就越強(qiáng)。對(duì)于終冷溫度為490℃的鋼板,由于該鋼板中的“硬組織”形成溫度相對(duì)較高,硬度相對(duì)較低,所以它的屈強(qiáng)比較高(0.851),其均勻延伸必然也較小,但硬度相對(duì)較低的“硬質(zhì)相”使頸縮后有較大的局部集中延伸,彌補(bǔ)了均勻延伸的不足,因此該鋼板的總延伸率較高(19%)。而終冷溫度為200℃的鋼板,由于該鋼中的“硬質(zhì)相”形成溫度相對(duì)較低,硬度相對(duì)較高,所以它的屈強(qiáng)比較低(0.729),其均勻延伸必然較大,但硬度高的“硬質(zhì)相”使頸縮后的局部集中延伸減小,所以此鋼板的總延伸率較低,只有12%。通過(guò)對(duì)不同終冷溫度下的Mn-B鋼的試驗(yàn)結(jié)果表明,均勻延伸是總延伸的一部分,頸縮后的局部集中延伸對(duì)總延伸的影響也很重要,因此,低屈強(qiáng)比鋼的塑性并不一定大于高屈強(qiáng)比鋼,因?yàn)樗苄允怯删鶆蜓由炫c局部集中延伸兩部分共同組成。4塑性相對(duì)較高1)Mn-B鋼