超细晶钢的研制开发

超细晶钢的研制开发

0超细晶钢的开发新一代钢铁材料具有超结晶、超干净、高均匀性等特点。其中核心技术是超细晶,通过将当前钢材晶粒尺寸细化一个数量级,钢铁材料的强度可提高一倍,同时保持良好的塑性和韧性配合。本钢在2001年完成冶炼、连铸、热连轧等设备的建设和现代化改造后,为超细晶钢的开发提供了必要的设备条件,与东北大学合作,在普通碳素钢成分的基础上开发出屈服强度达400MPa和500MPa的超细晶钢CX400、CX500。同时,与钢铁研究总院合作,在09CuPTiRE和SPA-H两个钢种的基础上,开发研制出Cu-P-Ti-RE系和Cu-P-Cr-Ni系超细晶耐候钢。几种超细晶钢的化学成分设计合理、热连轧生产工艺可行,晶粒明显细化,综合性能良好。CX400和CX500钢成功应用于汽车梁的制造,超细晶耐候钢成功应用于铁道车辆和集装箱的制造。1实验研究过程CX400、CX500的化学成分以本钢现行生产的Q235钢为基本成分。首先在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室进行了热模拟试验和实验室热轧试验,然后通过三轮工业性试生产,对CX400、CX500钢的化学成分、生产工艺以及组织性能关系进行了研究,最终确定其生产工艺。1.1化学成分和压延工艺CX400、CX500钢的化学成分控制目标见表1,热连轧工艺见表2。1.2材料的性能及尺寸CX400、CX500钢的力学性能见表3,表中数据为两钢种检验42批次的实物性能范围。可以看出,其屈服强度、抗拉强度及延伸率分别达到本钢生产的汽车大梁用钢BG440L及BG510L的性能标准要求。CX400钢金相组织由铁素体和珠光体组成,某些试样出现贝氏体组织,晶粒尺寸3～7μm;CX500钢金相组织由铁素体、马氏体以及贝氏体组成,晶粒尺寸2～5μm。图1、2为两钢种典型的组织。1.3冷弯试验工艺冷弯试验是衡量钢板在一定条件下的塑性或冲压性能优劣的工艺试验。生产过程中冷弯试验B=35mm、d=0.5a、α=180°全部合格;另外取B=80mm、d=0、α=180°抽检4批也全部合格,冷弯实物照片见图3。1.4试验钢与3.2试验钢的温度差异CX400和CX500钢的系列冲击试验,试样采用5mm×10mm×55mm的试样,夏比V型缺口。结果表明试验钢在-70～50℃温度范围内的冲击功稳定在55J左右(见图4),韧脆转变温度确定在-70℃以下,证明此两钢种具有很好的低温冲击韧性。这是由于晶粒细化提高了钢的韧性,另外此钢的冶炼工艺保证了钢的洁净度,S、P及其它杂质含量低,为保证良好的韧性提供了条件。2试验工艺及设备本钢与钢铁研究总院进行技术合作,开发研制Cu-P-Ti-RE系和Cu-P-Cr-Ni系超细晶耐候钢,试验分两部分同时进行:一是常规成分热连轧低温控轧工艺;二是在常规成分基础上加Nb进行微合金化,热连轧低温控轧工艺生产。这里主要介绍第二种工艺。2.1不同基础钢的制备两钢种的化学成分是在09CuPTiRE和SPA-H的基础上添加0.02%～0.04%的Nb,其化学成分控制目标见表4。轧制工艺均采用开轧温度1030～1060℃;精轧开轧930～960℃,终轧(800±15)℃,卷取(550±15)℃的温度制度。SPA-HNb的合金含量较高,由于轧制温度的降低,轧机的轧制负荷将增加,图5是正常生产的SPA-H钢(860℃终轧)、及加Nb微合金化钢低温控轧(800℃终轧)轧制力对比结果。由图5可见,采用低温轧制后,钢带轧制力有所提高,但提高的幅度不大,最大轧制力只有15.9MN,远小于额定值30MN,同时电机负荷也在正常范围,说明本钢1700mm热连轧机组可以满足超细晶钢对生产工艺的要求,同时还可继续降低轧制温度、提高低温轧制变形量来进一步细化带钢组织。2.2试验试件性能力学性能见表5,表中数据为各钢种检验100批次的实物性能范围,可见采用Nb微合金化控轧技术后,钢带的强度比本钢正常生产的09CuPTiRE和SPA-H提高近100MPa。2.3金相组织09CuPTiRENb钢的晶粒尺寸可细化到5μm以下,SPA-HNb的晶粒尺寸可达到3μm左右,其金相组织如图6、图7所示。2.4合格判定标准生产过程检验两钢种冷弯试验B=35mm、d=0.5a、α=180°全部合格;另取B=80mm、d=0、α=180°抽检也全部合格。3车底盘和钢梁等结构构件的制造CX400和CX500钢供金洲车架厂和辉南车架厂用于冲压汽车底盘加强梁和纵梁的制造;09CuPTiRENb钢供齐齐哈尔车辆厂用于铁路货车车门、侧板等部件;SPA-HNb钢供中集集团制造集装箱梁等结构件。用户反映良好。4产品的综合性能(1)生产实践表明,几种超细晶钢的化学成分设计合理、热连轧生产工艺可行,晶粒明显细化,CX400钢晶粒尺寸达3～7μm;CX500钢达2～5μm,09CuPTiRENb钢可细化到5μm以下,SPA-HNb钢可达3μm左右,产品的综合性能良好。(2)采用Nb微合金化、低温控轧生产