mn-b钢的控轧控冷试验研究

mn-b钢的控轧控冷试验研究

车板冷成型应用中低屈强比钢的形成机理近年来，低碳合金也被用作追求高强度和高耐性的重要指标，如弯曲强度比。因为钢的弯曲强度越低，意味着钢的硬化指数和高的均匀伸长率。若将低屈强比钢应用在建筑上,就可以提高建筑物的抗震性能;若作为汽车板使用,则可以显著提高汽车板的冷成型性能。所以,人们不断地通过化学成分优化、控轧控冷工艺设计来研究低屈强比钢的形成机理,并已取得了一定的研究成果。正是由于低屈强比钢具有良好的成型性,人们一直认为,钢的屈强比越低,则钢的塑性就越好。查阅国内外相关文献,很少有屈强比与塑性之间关系的研究报道。因为研究钢的屈强比与塑性之间关系首先要满足两个条件:一是钢的化学成分要相同;二是钢的屈服强度也要相同(或基本相同)。因为只有在二者相同的条件下才能客观地研究屈强比对塑性的影响。但是,能制备出同时满足这两个条件的钢铁材料十分困难。本文通过成分、控轧控冷工艺设计,制备出化学成分相同、屈服强度基本相同,而抗拉强度明显不同的Mn-B钢,并对该钢进行了屈强比与塑性之间的试验研究,以揭示屈强比与塑性之间的关系。1持续结晶型培养过程试验在国内某钢铁公司进行,试验钢的化学成分如表1所示。连铸板坯厚度为150mm,板坯加热温度为1200℃~1250℃,采用两阶段轧制。第一阶段为奥氏体再结晶区轧制阶段,在这一阶段(1000℃以上)奥氏体变形和再结晶同时进行,所得到的奥氏体晶粒由于再结晶的发生而比较细小,此阶段道次压下率大于15%。第二阶段为奥氏体未再结晶区轧制阶段,开轧温度为920℃,此阶段道次压下率大于10%。试验钢板经过控制轧制后直接进入层流冷却区进行冷却,终冷温度分别490℃、320℃和200℃。2试验结果与讨论2.1冷温度对钢板屈服强度的影响经过控轧控冷后,钢板的力学性能如表2所示。可以看到,当终轧温度基本一致而终冷温度分别为490℃、320℃和200℃时,3块钢板的屈服强度基本相同,而抗拉强度却相差较大,并且是抗拉强度和屈强比都随着终冷温度的降低而增加。然而,这3块钢板的塑性并不随着屈强比的降低而增加,而是随着屈强比的降低而降低。2.2终冷温度对钢板应力-应变关系的影响图1所示为不同终冷温度下钢板的显微组织,通过观察分析可知,无论终冷温度是200℃还是490℃,钢板显微组织都是由粒状贝氏体+少量准多边形铁素体组成。根据文献的研究结果可知,由多种组织组成的钢,其屈服强度是由这些组织中的“软组织”所决定,而抗拉强度是由“硬组织”及其含量所决定。因此,这3种不同终冷温度的钢板,屈服强度主要是由它们的“软组织”—准多边形铁素体组织所决定。由于3块钢板的准多边形铁素体晶粒大小十分接近,而且化学成分完全相同,所以它们的屈服强度也十分接近,平均值为575MPa。3块钢板的显微组织除了准多边形铁素体之外,还有另外一种重要的显微组织———粒状贝氏体。粒状贝氏体是中温转变产物,相对于准多边形铁素体而言,粒状贝氏体属于“硬组织”。粒状贝氏体随着转变温度的降低,其铁素体板条不仅会更细,而且M/A岛中的马氏体含量也要随之增加,必然会使粒状贝氏体这个“硬组织”变得更硬,从而提高钢的抗拉强度。所以,当终冷温度由490℃降至200℃时,钢板的屈服强度基本保持不变,而抗拉强度却由675MPa增加到795MPa,屈强比随之降低。根据金属学原理可知,钢的塑性变形包括均匀延伸和颈缩后的局部集中延伸两部分。如果钢的屈强比越低,那么钢在屈服后就有较大的均匀延伸率δu,均匀塑性变形量越大,越不容易发生颈缩。反之,若钢的屈强比较高,就会产生局部应力集中,均匀延伸变小。DenysR.的研究结果证明了这一结论,其试验结果如图2所示。图2似乎表明,钢的屈强比越低,则钢的塑性越好。但是,这一结论并不绝对正确。因为均匀延伸仅仅是塑性变形总量的一部分,颈缩后的局部集中延伸也将直接影响到钢的塑性变形。因此,具有低屈强比的钢板并不表明它的总延伸率一定就大。根据金属的应变硬化指数与屈服强度之间的关系:式中n———应变硬化指数σs———屈服强度由于3种不同终冷温度下钢板的屈服强度σs十分接近,根据式(1)可知,它们的应变硬化指数n也基本相同。因此,这3种钢的应力-应变曲线可以用图3进行描述。图3表明,对于3种不同终冷温度的钢板,虽然终冷温度为490℃的钢板屈强比最高,但其塑性最好(19%);而终冷温度为200℃的钢板虽然具有最低的屈强比,但是它的塑性却最差(12%);而终冷温度为320℃钢板的屈强比位于三者中间,所以它的塑性居中。理论分析认为,如果某种钢具有低的屈强比,仅表征它的均匀延伸较大,不容易发生塑性失稳。低屈强比钢之所以有更大的均匀延伸,是由于钢中存在有“硬组织”。但是“硬组织”存在的有利之处是能够促进钢的均匀延伸,不利的方面是降低颈缩后的局部集中延伸。这是因为当颈缩发生时,孔洞首先容易在与基体结合薄弱处形成,并且随着外载荷的增加,孔洞逐渐聚合成裂纹,由于“硬组织”(尤其是粒贝中的M/A岛)塑性差,裂纹尖端的位错塞积严重,如图4所示,应力难以松弛,容易发生解理面断裂,使塑性降低,而且是“硬组织”越硬,裂纹尖端的应力松弛就越小,脆性断裂的倾向性就越强。对于终冷温度为490℃的钢板,由于该钢板中的“硬组织”形成温度相对较高,硬度相对较低,所以它的屈强比较高(0.851),其均匀延伸必然也较小,但硬度相对较低的“硬质相”使颈缩后有较大的局部集中延伸,弥补了均匀延伸的不足,因此该钢板的总延伸率较高(19%)。而终冷温度为200℃的钢板,由于该钢中的“硬质相”形成温度相对较低,硬度相对较高,所以它的屈强比较低(0.729),其均匀延伸必然较大,但硬度高的“硬质相”使颈缩后的局部集中延伸减小,所以此钢板的总延伸率较低,只有12%。通过对不同终冷温度下的Mn-B钢的试验结果表明,均匀延伸是总延伸的一部分,颈缩后的局部集中延伸对总延伸的影响也很重要,因此,低屈强比钢的塑性并不一定大于高屈强比钢,因为塑性是由均匀延伸与局部集中延伸两部分共同组成。4塑性相对较高1)Mn-B钢