硼微合金化对SPHC钢组织_析出物以及屈服强度的影响_

1、 第 41卷 第 9期 2006年 9月钢 铁Iron and Steel Vol. 41, No. 9September 2006硼微合金化对 SPH C 钢组织、 析出物以及屈服强度的影响范鼎东 1,2, 张建平 1, 肖丽俊 2, 郭亚东 2(1. 马鞍山钢铁股份有限公司第一轧钢总厂 , 安徽 马鞍山 243000; 2. 钢铁研究总院连铸中心 , 北京 100081摘 要 :研究了加硼后对薄板坯连铸连轧 (TSCR 流程生产的 SP HC 热轧钢带力学性能的影响 , 发现加 B 后热轧 钢带在线检测的平均屈服强度为 284MPa , 经 48h 时效后 , 屈服强度降低至 248MPa

2、 , 冷轧开卷前屈服强度降低至230MPa , 在相同生产工艺条件下加 B 后屈服强度降低约 40MPa 。关键词 :硼微合金化 ; 薄板坯连铸连轧 ; 力学性能中图分类号 :T G142. 4 文献标识码 :A 文章编号 :0449749X ( E ffect of Boron Micro 2, PrecipitatesC SteelFAN 2,2, G 2ping 1, XIAO Li 2jun 2, GUO Ya 2do ng 2(1. The First , Ma anshan Iron and Steel C o Ltd , Ma anshan 243000, Anhui , Chi

3、na ; 2. Engineeringand for C ontinuous Casting , Central Iron and Steel Research Institute , Beijing 100081,China Abstract :The effects of boron micro 2alloying on mechanical properties of SP HC (Steel Plate Heat Commercial steel produced by thin slab casting and rolling (TSCR line were investigated

4、. The results showed that the on 2line meas 2ured average yield strength of boron 2bearing hot strip s was 284MPa , and reduced to 248MPa and 230MPa respec 2tively after 48h aging and before cold rolling. Thus under the same production conditions , the yield strength of bo 2ron 2bearing steel is abo

5、ut 40MPa less than that of B 2f ree steel.K ey w ords :boron micro 2alloying ; thin slab casting and rolling ; mechanical property作者简介 :范鼎东 (19632 , 男 , 博士生 , 教授级高级工程师 ; E 2m ail :ygfdd . cn ; 修订日期 :2006202227 目前薄板坯连铸连轧 (TSCR 生产低碳铝镇静 钢普遍存在组织细化 、 强度偏高的现象 , 而国内 TSCR 生产线配备的冷轧机组所需冷轧基料 , 以及 汽车行业需要 “ 以热代冷

6、” 的软钢产品 , 要求热轧卷 屈服强度降低 , 因此 , 粗化晶粒 、 降低强度是本领域 的一个新方向 。国外对用传统工艺生产加硼低碳铝镇静钢已进 行了很多的研究 13, 发现由于 B 可以在高温下优 先析出粗大的 BN 颗粒从而抑制细小 AlN 的析出 , 减弱了细小 AlN 对晶界的钉扎作用 , 提高了晶粒的 生长能力 , 同时还有一部分固溶 B 偏聚在奥氏体晶 界抑制了铁素体形核 , 降低了铁素体的形核率 , 从而 导致了热轧钢带晶粒粗化 、 屈服强度降低 。 文献 4, 5的作者进行了实验室模拟 TSCR 流程生产加 B低碳铝镇静钢 , 也取得了很好的使用效果 。笔者通过马钢 TSC

7、R 流程生产 SP HC 加 B 热轧钢带的工业试验 , 研究了 B 对热轧钢带显微组 织 、 析出物的影响 , 对比研究了加 B 与不加 B 热轧 板卷在时效过程中不同阶段力学性能的变化 。1 研究材料与方法 选择市场用量较大的典型钢种 SP HC 作为研 究对象 , 其化学成分见表 1。通过进行硼的微合金 化 , 对比分析硼微合金化后材料性能的变化 。工业化试验在马钢 120t 转炉 2CSP 流程 (图 1 进行 , 试验采取在炼钢过程进行硼的微合金化 , 然后 进行连铸连轧的工艺过程 。重点对 C 、 Si 、 N 、 Al 、 B 等元素进行控制与检测 ; 对热轧卷和时效后的热轧 卷

8、取样进行力学性能 、 晶粒度 、 析出物等分析 。 一共 在马钢试验 110炉 。表 1 SPHC 钢的化学成分T able 1 Chemical composition of SPH C steel%项目w (C w (Si w (Mn w (P w (S w (Al s w (B J IS 标准 0. 07- 0. 60 0. 050 0. 050-内控 0. 07 0. 050. 150. 30 0. 02 0. 010. 020. 050. 0010. 005 第 9期 范鼎东等 :硼微合金化对 SP HC 钢组织 、析出物以及屈服强度的影响 图 1 马钢 CSP 生产线示意图Fig.

9、 1 Schem atic of TSCR production line at Ma Steel表 2 马钢某浇次 20T able 2 Chemical composition control of boron 2a 20heats%项目w (C w (Si w (Mn (S w (Al t w (Al s w (Ca 最大 0. 050. 0580. 0. 00. 0530. 0510. 0059最小 0. 0280. 015160. 00210. 0250. 0240. 0024平均0. 0380. 0090. 00690. 0370. 0340. 00372 2. 1 成分控制SP

10、HC 钢的硼微合金化使用复合软钢合金 , 在 L F 精炼工序进行 , 主要元素含量不变 , 微合金化生产工艺与 B 的收得率已经基本保持稳定 , 马钢 2005年 4月份连续生产 20炉钢的成分见表 2。该钢成 分控制的特点是 :由于 C 、 Si 增加屈服强度 , 其含量 严格控制在下限 ;B 的质量分数控制在 0. 001%0. 005%。气体 O 、 N 含量是 SP HC 钢生产的关键 , 气体 含量高时将影响 B 的使用效果 , 通过实施精炼后期 钢包弱搅拌和严格执行连铸钢水的保护措施 , 试验 钢的气体含量控制为 :氧的质量分数 0. 003%, 氮 的质量分数 0. 006%。

11、2. 2 热轧卷的组织与化学相分析结果 2. 2. 1 晶粒度工业试验热轧板含 B 与无 B 钢的典型显微组 织对比如图 2所示 。通过截线法测定 , 前者晶粒度 达到 78级 , 晶粒尺寸达到 23. 3m , 后者晶粒度 在 910级 , 晶粒尺寸只有 13. 8m , 含硼钢的晶粒 明显粗化 。 2. 2. 2 析出物利用扫描电镜观察钢中析出物粒子的大小及形 态 , 在钢中析出的 BN 都较为粗大 , 且常易与钢中 的 MnS 、 Fe 3C 以及粗大的氧化物夹杂复合析出形 成更为粗大的颗粒 。图 3为钢中 BN 和 MnS 的粗 大复合析出物 , 其尺寸在 3m 左右 , 图 4为钢中

12、 BN 、 MnS 与大型氧化物夹杂复合析出的粗大颗粒 , 其尺寸在 5m 左右 。 (a 含硼钢 ; (b 无硼钢图 2 热轧板的金相组织Fig. 2 Microstructures of B 2bearing and B 2free hot strips16 钢 铁 第 41卷图 3 钢中 BN 和 MnSFig. 3 SEM micrograph and energy spectrum of a precipitate图 4 钢中 BN 、 MnS 与氧化物夹杂的复合析出物粒子及其能谱图Fig. 4 SEM micrograph and energy spectrum of a BN +

13、MnS +Me x O y composite precipitate表 3 含 B 及无 B 热轧带钢时效 31天后钢中 BN 、 Al N 沉淀的质量分数T able 3 Content of BN and Al N in B 2bearing and B 2free hot strips after aging %试样BN 及其各元素的质量分数B N BNAlN 及其各元素的质量分数Al N AlN含 B 钢 0. 00090. 00120. 00210. 00160. 00080. 0024无 B 钢 0. 00530. 00270. 00802. 2. 3 化学相分析结果取热轧钢带

14、(B 的质量分数为 0. 0012% 经 31天时效后的钢样 , 经磨光去氧化铁皮后 , 电解溶样得 到包含 BN 、 AlN 的粉末 , 然后对该粉末进行化学相 分析 , 分析结果如表 3所示 , 从表中可以看出 , 在无 B 钢中 ,AlN 的析出量达到 0. 0080%, 而在含 B 钢 中 , 钢中的 B 几乎全部与 N 结合形成 BN , 钢中 AlN 的析出量仅为 0. 0024%, 远少于无 B 钢中 AlN 的 析出量 。2. 3 热轧卷的力学性能马钢 2005年 4月份某浇次 20炉热轧卷生产检 验出的屈服强度 、 抗拉强度的分布见图 5,2004年马 钢全年 SP HC 钢

15、生产检验的屈服强度和抗拉强度 的分布规律见图 6, 加 B 与不加 B 热轧卷的力学性 能平均值的对比见表 4。通过比较可以发现 , 加 B 钢要比不加 B 钢的屈服强度明显降低 , 平均屈服强 度降低约 19M Pa 。表 4 含 B 及无 B 钢的平均力学性能对比T able 4 Comp arison of mechnical properties betw een boron 2 bearing and boron 2free steel %材料 屈服强度 /MPa 抗拉强度 /MPa 含硼钢 (20炉 284351无硼钢 (2004年全年 3033722. 4 加硼钢全流程力学性能分

16、析为了直观地了解加 B 钢在各阶段力学性能的 变化 , 将 SP HC 加 B 钢从热轧卷生产检验到冷轧开 卷检验的力学性能列于图 7(a , 将 SP HC 无 B 钢从 热轧卷生产检验到冷轧开卷检验的力学性能列于图 7(b 。26第 9期 范鼎东等 :硼微合金化对 SP HC 钢组织 、析出物以及屈服强度的影响 图 5 加 B 钢屈服强度 、 抗拉强度的分布Fig. 5 Yield strength and tensile strength of 图 6 2004年全年不含 B 的 SPH C 热轧卷屈服强度 、 抗拉强度的分布Fig. 6 Yield strength and tensi

17、le strength distribution of boron 2free SPH C steel produced at Ma Steel in2004 图 7 加 B 钢 (a 、 无 B 钢 (b 在不同阶段的强度Fig. 7 Strength changes of boron bearing and boron 2freesteel at different production stages 数据表明 :由于时效与热轧卷温度 (650的 作用 , 热轧卷的强度都会逐渐降低并趋于稳定 。但 是加 B 与不加 B 钢的变化幅度不同 , 加 B 钢在热轧 -时效 2天 -冷轧前的过程中

18、屈服强度分别降低 36M Pa 、 18M Pa , 抗拉强度分别降低 10M Pa 、 12M Pa ; 而不加 B 钢在热轧 -时效 19天 -冷轧前的过程中屈服强度分别降低 14M Pa 、 16M Pa , 抗拉强度分别降低 2M Pa 、 5M Pa ; 与无 B 钢相比 , 加 B 钢时 效后的屈服强度 、 冷轧前的屈服强度分别降低 38M Pa 、 40M Pa , 加 B 钢经时效后屈服强度降低幅度较大的原因主要是热轧板卷在时效过程中 ,BN 及 其与 MnS 、 Fe 3C 形成的复合析出物的进一步析出 , 钢中自由碳 、 氮含量不断减少 , 以及由于钢中粗大 BN 的析出

19、, 减少了细小 AlN 的析出 , 减弱了第二相粒子对晶界以及位错的钉扎作用 , 使得含 B 钢显微 组织的回复软化在较高卷取温度下更容易进行 。3 结论 (1 加 B 热轧钢带铁素体晶粒度达到 78级 ,晶粒尺寸达到 23. 3m , 不含 B 钢的晶粒度在 910级 , 晶粒尺寸只有 13. 8m , 含硼钢的晶粒明显粗化 。(2 B 在钢中以 BN 的形式存在 , 且常易与钢中 MnS 、 Fe 3C 以及氧化物 (Al 2O 3 夹杂复合析出形成 更为粗大的颗粒 , 尺寸可达 5m 。(3 加 B 热轧钢带在线检测平均屈服强度可降 至 284M Pa , 平均抗拉强度降至 351M P

20、a ,48h 时效36 钢 铁 第 41卷后平均屈服强度可降至 248M Pa , 抗拉强度降至342M Pa , 冷轧开卷前屈服强度降低至 230M Pa 。 而不加 B 钢冷轧开卷前的屈服强度为 270M Pa 。参考文献 :1 Takahashi N ,Shibata M. Boron 2Bearing Steels for ContinuousAnnealing to Produce Deep Drawing and High Strengt h Steel Sheet sA .TMS 2AIME. Conf Proc on Technology of Continu 2ous Annealed Cold 2Rolled Sheet Steel C .Warrendale , PA :TMS 2AIME ,1984. 1332153.2 Sud