钢中氮和残余元素对螺纹钢的影响

钢中氮和残余元素对螺纹钢的影响

1钢坯直接堆场cose坚果炉的过程包括：废除钢的连续钻孔（coseil）、lf精炼、方杆连接、切割、加热、小型连绵剂、精装包储存。它的特点是流程短,大部分钢坯直接热装到小型连轧加热炉中,节能效果好;但是投产后生产的螺纹钢,生产↣φ25mm以上规格的螺纹钢时较正常,而当规格在↣φ14mm~22mm时出现了大量的屈服效应不明显现象,初检合格率仅为59.83%,最终合格率只为74.57%,不合格品中85.23%的样品是因屈服效应不明显,而检测σ0.2仍不合格造成,所以解决↣φ14mm~22mm螺纹钢的屈服效应不明显现象问题是非常必要的。2测试方法2.1u2004c2003HRB335螺纹钢的成分要求如表1所示。其中碳当量Ceq值可按式(1)计算:Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15(1)Ceq=C+Μn/6+(Cr+V+Μo)/5+(Cu+Νi)/15(1)HRB335螺纹钢的力学性能要求如表2所示。2.2拉伸试验试验取46条试样,规格为↣φ14mm的18条与↣φ20mm的28条,每条试样切成3根为一组,每组各取1根试样(共46根)进行拉伸试验。对其中出现屈服效应不明显的试样中,随机抽取7根(试样号为50、52、53、60、66、67、68)拉伸试样,在热处理炉中400℃保温2h,然后空冷至室温再进行拉伸试验。2.3材料的电镜分析用于做拉伸试验的试样都取一小块做金相检验,另取两块屈服效应不明显的试样(试样号为60、67)及其相对应的400℃回火后的试样进行电镜分析。2.4分析的弱化拉伸试验后的试样,都进行化学成分分析。3试验结果3.1拉伸和拉伸试验对46根试样进行拉伸试验,出现屈服效应不明显34根,出现有屈服效应平台的12根。在34根屈服效应不明显试样中随机抽取的7根试样,经400℃回火处理后,进行拉伸试验,都出现了屈服效应平台,而且屈服点(σs)较高(390~445MPa),抗拉强度(σb)没有变化,伸长率(δ)明显提高,见表3示。在显微镜、扫描电镜下观察,发现屈服效应不明显的试样的轧态组织中有较多含“小岛”状组织(即M-A组织)的粒状贝氏体,经显微硬度试验,也发现“小岛”区的硬度较基体硬度高很多。而经400℃回火后的试样,观察发现粒状贝氏体中的M-A组织得到了分解。46根试样的金相检验结果如表4所示,典型拉伸曲线如图1所示。3.2mneq的炉数关系46根试样氮含量分析结果显示,试样的氮含量较高,平均0.0156%,最高0.0282%。氮含量大于0.014%的试样有27根,全部都是屈服效应不明显的试样;有19根试样的氮含量分布在0.0076%~0.0133%之间,其中12根试样有屈服效应,7根试样无屈服点。锰当量的分布与屈服效应不明显的炉数关系如图2。其中,Mneq=Mn+3.28Mo+0.64Cr+0.5W+0.37Ni+0.23Cu+0.03Si+22.2N此关系式是由抗拉强度与化学成分回归分析得到初步表达式,考虑各元素对淬透性影响的大小,经过反复修正和反复验证Mneq与屈服效应不明显概率的相关性,从而得到此关系式。关系式中未考虑碳含量的影响,是因为韶钢此生产线经LF精炼后,碳含量控制的很好,基本都在0.17%~0.20%之间,故不考虑碳含量的波动对屈服现象不明显的影响。4分析与讨论4.1冲压试验结果分析由表4中可以看出,当粒状贝氏体量较多(约占20%以上)时,所有试样屈服现象都不明显,说明粒状贝氏体量占20%以上时,HRB335螺纹钢就会出现屈服现象不明显;当粒状贝氏体量低于20%时,随粒状贝氏体量的减少,出现屈服现象不明显的机会越少;当粒状贝氏体量少于5%时,出现屈服现象不明显的可能性就很低。含粒状贝氏体量20%以上的试样经400℃回火后进行拉伸试验时,则出现了明显的屈服平台,即有屈服效应。利用扫描电镜观察400℃回火试样中的“小岛”状组织,发现粒状贝氏体中的岛状M-A组织已经分解。说明造成HRB335螺纹钢屈服现象不明显主要是由出现较多的粒状贝氏体。在具有铁素体和少量的珠光体组织的低碳钢(HRB335也属于此)中出现的屈服现象,是位错与溶质原子的交互作用在力学性能上的强烈反应。低碳钢在受力前,位错受到强烈钉扎,位错密度也较小;为了以一定的速度实现变形,就要较高的位错运动速度,这就要求不断增大的外力来保证,但是,一旦在外力作用下位错大量脱钉和增殖时,位错密度就陡然增加,而应变速率基本恒定,这样外应力将不得不减少以使位错运动速度降低,这就是屈服现象产生的原因;而当运动位错密度增加引起强烈的位错交互作用时,屈服就结束了;屈服现象的明显程度决定于位错密度的变化速率。当贝氏体含量较高时,晶体中的位错密度较高,强化作用较大,受力时位错之间相互作用强烈,应变硬化的行为突出,所以屈服现象不明显。粒状贝氏体是由块状的铁素体和富碳奥氏体区所组成,试样中观察到的粒状贝氏体就是α-γ组织(即M-A组织)。4.2化学成分与屈服之间的未知关系4.2.1螺纹钢的屈服现象对46根螺纹钢试样检测氮含量,检测结果显示,氮含量大于0.014%的试样有27根,全部都是屈服效应不明显的试样。另有19根试样的氮含量分布在0.0076%~0.0133%之间,其中12根试样有屈服现象,7根试样无屈服现象,没有显示出氮含量与屈服不明显的关系。此后对屈服现象不明显试样的氮含量做了大量的检测,发现氮含量大于0.014%的试样占了83%。这表明,氮含量偏高是造成螺纹钢屈服现象不明显的重要原因。这些工作是在Consteel电炉投产初期进行的,这期间由于电炉与LF的原因,生产的螺纹钢氮含量显著偏高,脱氧用铝量少(<0.05%),氮在钢中主要呈固溶形态。氮是一种很强的奥氏体形成和稳定元素,其效果约20倍于镍,氮增大奥氏体稳定性,使得在一定冷却速度下,从奥氏体转变到“铁素体+珠光体”组织的正常转变不完全,还有一部分的奥氏体转变成粒状贝氏体。4.2.2mneq的产品品质由图3可明显看出,当Mneq>1.84%时,出现屈服现象不明显的概率很高,达到了94%;而当Mneq<1.84%时,就不易出现屈服不明,仅为9%。这种现象通过对现场检测数据的随机抽查统计验证,也出现了类似的结果。对2001年3月~2001年5月间所生产的螺纹钢,取规格为↣φ14mm~22mm100炉有屈服平台的且各项性能指标都合格的试样,则发现有84炉的Mneq在1.66%~1.84%,并对此做显著性水平检验,取a=0.05,而平均值x=1.79%、方差s=0.06%,检验结果Mneq<1.84%是显著的;此期间共出现的屈服现象不明显试样共36炉,其中有32炉的Mneq>1.84%,只有4炉的Mneq<1.84%。如前所述,屈服不明主要由于产生了粒状贝氏体所致,而产生粒状贝氏体的影响因素中,主要与化学成分与冷却速度有关,图3中忽略了冷却速度因素(假定轧后的冷却速度相对稳定),仍然反映出Mneq与屈服现象不明显之间的较强相关性。锰当量式中的所有元素都是使连续冷却转变曲线(CCT曲线)右移的元素,也就是增大奥氏体稳定性,使得在一定冷却速度下,从奥氏体转变到“铁素体+珠光体”组织的正常转变不完全,还有部分的奥氏体在随后的冷却过程中转变成粒状贝氏体,导致拉伸曲线上无屈服平台,即屈服现象不明显。锰当量(Mneq)指标定量地反映出了螺纹钢屈服现象不明显现象与化学成分的内在联系。5减少残余元素含量,提高锰的含量预防螺纹钢屈服不明的工艺方法,是控制合适的锰当量,在保证螺纹钢强度的前提下,避免钢的组织中出现粒状贝氏体。生产中采取了三方面的措施:一是在电炉炉料中加入20%~30%的铁水,稀释钢中的残余元素含量;二是防止冶炼过程中钢液吸氮,并使用铝脱氧固氮,减少钢中固溶氮的含量;三是根据钢中钼、钨、铬、镍、铜等残余元素含量来调整锰的含量,保证Mneq在1.66%~1.84%之间。采取以上措施后,规格为↣φ14mm~22mm的螺纹钢屈服不明的问题得到了很好的解决。在没有改变轧钢工艺的情况下,初验屈服不明率从34%下降到3%以下,性能合格率从75%上升99%,随着操作的进一步完善,合格率还