700mpa级微铸铁微合金化级微合金化钢组织与性能研究

700mpa级微铸铁微合金化级微合金化钢组织与性能研究

700mpa级高强度钢广泛应用于混凝土泵车、汽车炉、自行车等车辆，减少了车辆质量，提高了有效负荷能力和安全性。为满足低成本与冷成型性能的要求,目前大多先进钢厂都采用低碳铌钛(钒)微合金化成分来生产该钢种因显微组织在很大程度上决定了材料的力学性能,本文基于屈服强度700MPa级高强钢在工业化大生产中出现力学性能差异显著的现象,研究了显微组织对力学性能的影响,并根据不同组织类型下使用性能的特征,提出了该钢种在不同应用场合条件下,所需选择的目标组织类型。1化学成分及轧车试验用钢取自同浇次不同炉次、同轧制批次,不同轧后冷却速率的三卷700MPa级高强钢钢卷中部的开平钢板,试样厚度均为6mm,状态均为热轧态,化学成分如表1所示。钢卷在2250mm热连轧线生产,轧制工艺为:铸坯→1250℃加热→五道次粗轧(1180~1060℃)→七道次精轧(1050~840℃)→10、25、40℃/s轧后冷却→600(冷速10℃/s)、580(冷速25℃/s)、570℃(冷速40℃/s)卷取。切取试验钢板宽度中部的部分材料,分别进行力学性能、光学金相、扫描电镜、透射电镜、物理化学相的检验或分析。2试验结果与讨论2.1试验钢的力学性能采用不同轧后冷却速率(10、25、40℃/s)生产的三种试验钢的力学性能如表2所示。可知,三种钢的力学性能都能满足技术要求,但存在显著差异,其特征分别为:低屈服强度、低抗拉强度、高延伸率、高冲击功(12.2铁素体平均晶粒尺寸及数量三种试验钢的显微组织如图1所示。可看出,三试验钢具有不同的显微组织类型与晶粒尺寸。屈服强度与抗拉强度都低、冲击功高的试验钢对应的显微组织类型为多边形铁素体+少量退化珠光体,铁素体平均晶粒尺寸约为4.5μm,见图1(a),通过Photoshop测定图片中的晶粒数量,然后计算晶粒平均面积,进而转化为平均粒径,每试样测定5个视场。屈服强度与抗拉强度都高、冲击功适中的试验钢对应的显微组织类型为超细的准多边形铁素体,铁素体平均晶粒尺寸约为3.5μm,见图1(b)。屈服强度低、抗拉强度高、冲击功低的试验钢对应的显微组织类型为粒状贝氏体+铁素体,粒状贝氏体中包含有较多的大颗粒非规格M/A组织,铁素体晶粒尺寸约为2.8μm,见图1(c)。图2为三种试验钢的精细结构TEM图片。可知,12.3第二相分离三种试验钢中第二相粒子的类型及各类型的质量百分含量如表3。可知,1试验钢中第二相析出物的粒度分布如图3所示。可知,12.4缺陷物分析结果为进一步研究三种试验钢冲击功的显著差异是否由夹杂物引起,对试验钢进行了夹杂物分析,分析结果如表4。可知,三种试验钢中主要的夹杂物类型为球状氧化物类(D类)与TiN类,夹杂物水平存在一定差异,但差别并不显著。试验钢冲击功的高低与其夹杂物的水平并不存在明显的对应关系,如12.5强化机理分析根据与试验钢具有相近成分体系的研究结果轧后冷却速率的不同也会影响到钢中铁素体晶粒的尺寸、位错密度,以及第二相粒子的尺寸与析出量。当冷却速率较低时,相变后的铁素体晶粒长大较充分,铁素体晶粒尺寸较大,晶粒内部形成的高密度位错可通过动态回复消除,因而位错密度较低,同时,第二相析出粒子可以较充分析出和长大,使得第二相粒子析出量较多,尺寸较大。相反,当冷却速率较快时,相变后的铁素体晶粒长大受到抑制,晶粒尺寸很细,并且形成M/A岛,铁素体中形成的大量位错得以保存,位错密度非常高,微合金第二相粒子析出受到抑制,析出量较少。1根据钢的强化机理,对产生显著强度差异的原因进行了分析。屈服强度为多种强化效果的叠加,可由下式进行定量预测:式中:σΔσΔσΔσ式中:KΔσ式中:f为第二相的体积分数;x軃为第二相粒子平均粒径,单位mm。因高Ti钢(>0.08wt%)基本依靠TiC的纳米析出相发挥其强化作用根据三种钢的实测屈服强度及式(1)~(4),可得到三种钢各种强化效果的强度值,如表5所示。可知,细晶强化、固溶强化、析出强化是此钢种主要的强化方式。然而,固溶强化所引起的强度差别与微合金元素、C元素、N元素的析出充分情况有关,即本质上与析出强化作用相关联,当元素析出程度相当时,固溶强化效果相差不大。因此,微合金元素第二相粒子的析出量及其尺寸分布与晶粒尺寸是强度产生显著差异的主要原因。3工业试验根据三种试验钢所表现出来的不同力学性能特征,可将其应用于不同的用途中。14显微组织类型的选择(1)此钢种会因轧后冷却速率的不同,形成三类代表性的组织类型:低冷速条件(<10℃/s)下形成铁素体+珠光体组织,力学性能表现为屈服强度低、抗拉强度低、冲击功高、断后伸长率高的特征;冷却速率为10~40℃/s时,形成准多边形铁素体(+少量贝氏体)组织,力学性能表现为屈服强度高、抗拉强度高、冲击功适中、断后延伸率适中的特征;冷却速率>40℃/s时,形成粒状贝氏体组织,力学性能表现为屈服强度低、抗拉强度高、冲击功低、断后延伸率低的特征。(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与铁素体晶粒尺寸是影响此钢种强度的关键因素,因轧后冷却速率快产生的较大尺寸非规则状M/A是引起冲击韧性下降的重要原因。(3)通过获得不同的显微组织类型,可生产出满足不同使用要求的700MPa级高强钢,对塑性和韧性要求较高,需要大幅度折弯或压型时(如自卸车车厢板),应该选择低冷速条件下形成的铁素体+少量退化珠光体的组织类型;对强度与冲击韧