博一建材讯:CockerillSambre基于CRM设计的控制轧制方案开发了一种新型高强度钢系列。这些新钢号既有高的拉伸强度(650-800MPa)和延伸率(20-25%),又有诱人的使用性能。通过控制轧制,输出辊道上的连续冷却及200℃以下卷取,得到了超细铁素体(2-3μm)和弥散分布的马氏体的组织。其优点是,化学成分成本低,沿板卷长度方向上性能非常均匀。
双相钢组织为硬的马氏体岛分布在软的铁素体基体上。为获得这种特定的组织,在热轧带钢机组输出辊道上需采用分段冷却。在精轧以后,热带冷却至奥氏体-铁素体转变曲线的鼻子尖温度。在此温度下转变动力学最快,这样在随后的缓慢冷却(空冷)过程中,可形成所必需的多边铁素体量。然后,把组织为铁素体加上剩余奥氏体的钢淬火冷却至卷取温度。若卷取温度低于马氏体开始转变温度,富碳的剩余奥氏体可转变为马氏体。使用抑制珠光体和(或)贝氏体形成的合金元素Mo,Cr,Si,可使钢在较高温度(400-500℃)进行卷取。低温卷取(<300℃)可不需昂贵的合金化。并且较好的表面质量与低成本的化学成分有关。但是,采用常规的轧出辊道冷却技术,尤其是轧制速度很高时,不容易获得如此低的卷取温度。
相变诱导塑性钢的组织约为50%铁素体,35%贝氏体和15%的残余奥氏体。为使奥氏体在室温保持稳定,富碳程度必须很高。对双相钢而言,在分段冷却的慢冷阶段形成铁素体,从而使奥氏体富碳。随后热带冷却至450℃这一典型的卷取温度。在此温度下将形成贝氏体,由于碳从贝氏体型铁素体中被排离出来导致剩余奥氏体进一步富碳。但是,为防止贝氏体转变时析出碳化物,需要很高的Si含量,一般为1-1.5%,在整个生产过程(连铸、热轧及酸洗)中造成严重问题。
双相钢和相变诱导塑性钢的力学性能主要取决于相关相组元的体积分数。这些钢的成功生产必须有精确的组织设计,而这与输出辊道上实行的热过程紧密相关。然而,相转变特征是,很小的变化将导致最终产品的组织和力学性能有所不同。在快速轧制操作下,分段冷却布置的热参数难以控制。快速轧制用于高产的热轧带钢机组为保证终轧温度一致性,故使用分段冷却,否则难于满足良好的产品均匀性的需要。
与冶金研究中心(CRM)合作,CockerillSambre开发了一种细晶粒双相钢,这种钢化学成分成本低,热机械控制轧制后可保证优越的产品均匀性。
在CRM对实验室冶炼的008C%,14%Mn,003%Nb和C,Mn成分相同但不含Nb的钢进行了扭转模拟实验。试样加热到1250℃,保温5min。接着在1050℃粗轧5个道次。在920℃和820℃之间精轧7个道次。从某个轧机轧制参数数据库内选择了每道次的应变、温度和间隔时间,代表工业生产的实际轧制条件。但是应变速率因温度控制的限制明显低于实际轧制的应变速率值。
基于为满足用户对已有产品和新产品要求而进行产品开发的理念,CockerillSambre不断对新的生产技术进行投资。
在欧洲共同体中间试验装置计划的框架内,于CARLAM热轧生产线的输出滚道上采用了超快速冷却技术(UFC)。这一紧凑型装置的流速为65~70l/s.m2,冷却功率可达到4.5~5.0MW/m2。冷却功率可通过水流速率来控制。水流速率高时,3mm厚板带的冷却速度可在400℃/s左右,而这是传统输出辊道冷却速度底5~8倍。
超快速冷却装置的优点主要是:
冷却长度的减少使卷取温度控制得更好。
标准高强度钢化学成分的减少降低了成本,减少了炼钢厂生产的钢号数量。
在低卷取温度或多阶段冷却基础上开发新钢级。
在目前研究的范围内,探索了所开发的热轧工艺与超快速冷却装置之间的相容性。按前面所述的热机械控轧工艺,轧制了不同碳当量的钢(Ceq=%C+%Mn/6)。在精轧机组出口处,通过超快速冷却装置以平均300℃/s的冷却速度使钢冷却至650℃。然后使用输出辊道上前半部分(紧凑超快速冷却装置之后)或后半部分(紧靠卷取机之前)层流冷却将钢带冷却至200℃以下某一卷取温度。这些实验可用于评估分段冷却对热轧产品力学性能的影响。
1.奥氏体组织上的准备取决于完全在Tnr和Ar3之间进行精轧操作。这样,在精轧机架上可发生准动态再结晶,工业轧制工艺的实验室扭转模拟试验和工业试制轧制力分析都说明了这一点。
2.已知准动态再结晶可导致很小的奥氏体晶粒。这种细小奥氏体组织随后在精轧机组最后几个机架进行形变,更进一步增加了铁素体形核位置。高的形核势保证了极细的铁素体晶粒尺寸(2-3μm)。而且使铁素体转变在输出辊道上连续冷却时即可完成,因而不需要进行分段冷却。在低于Ms温度以下某个温度进行卷取导致了由超细铁素体和弥散分布马氏体岛组成的显微组织。
3.新的热机械控制轧制工艺,使低成本钢级获得了令人感兴趣的力学性能:含0.08wt%C,1.4wt%Mn和0.03wt%Nb的钢的屈服强度为450MPa,拉伸强度微715MPa,延伸率位2%。
4.新钢级具有优异的性能均匀性。整个精轧工序都在非再结晶温度Tnr以下进行。因此,热扎时的高速度不改变累积应变量。已经知道累积应变量影响沿板卷长度上的最终组织。而且,在输出辊道上通过连续冷却得到了双相组织。从而,免除了与分段冷却特别是与高速轧制有关的过程控制问题。
5.超快速冷却装置试验表明,快冷至650℃不改变最终的力学性能。而且发现,甚至以300℃/s冷却至650℃,为获得双相组织,分段冷却并不是非要不可的。超快速冷却装置提供了充分的工艺灵活性来保证所需的低卷取温度。
6.超细铁素体晶粒和双相特性一起导致了诱人的实用性能:低屈强比;高应变硬化指数;良好的强度-塑性匹配,扩孔性能和耐疲劳性能。
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