终轧温度对高强度工程机械用钢组织性能的影响

钢󰀁铁󰀁钒󰀁钛

IRONSTEELVANADIUMTITANIUM

Vo.l31,No.3

July2010

终轧温度对高强度工程机械用钢

组织性能的影响

张开华,叶晓瑜,刘󰀁勇,杨󰀁峰

1

1

2

1

(1.攀钢集团研究院有限公司,四川成都611731;2.攀枝花钢钒有限公司热轧板厂,四川攀枝花617067)摘󰀁要:对不同终轧温度的高强度工程机械用钢热轧钢卷进行了力学性能和金相组织的测试,研究了终轧温度对其组织和性能的影响。试验结果表明,随着终轧温度的降低,试验钢的抗拉强度和屈服强度降低,延伸率升高。高温终轧试样的低温冲击值很低,随着终轧温度的降低,低温冲击值大幅度升高。高温终轧试样的金相组织是铁素体+微量的珠光体,铁素体组织均匀性较差;中温终轧和低温终轧试样的组织是铁素体+珠光体,铁素体晶粒比较规则,而且低温终轧的均匀性比中温终轧好。高温终轧试样的铁素体晶界明显存在M3C型复合条状或短棒状的碳化物。

关键词:工程机械用钢;终轧温度;显微组织;力学性能

中图分类号:TG142󰀁1󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁文章编号:1004-7638(2010)03-0063-05

EffectofFinishingRollingTemperatureonMicrostructuresandMechanicalPropertiesofSteelStripforEngineeringMechanism

ZhangKaihua,YeXiaoyu,LiuYong,YangFeng

1

1

2

1

(1.PangangGroupResearchInstituteCo.,Ltd.,Chengdu611731,Sichuan,China;2.HotRolledStripPlantofPan󰀂zhihuaSteelandVanadiumCO.,Ltd.,Panzhihua,617067,Sichuan,China)

Abstract:Effectoffinishingrollingtemperatureonmicrostructuresandmechanicalpropertiesofsteelstripforengineeringmechanismwasstudiedbymeansofopticalmicroscopy,SEM,TEM,tensileprop󰀂ertytestingandimpacttoughnesstesting.Theresultsshowthattensilestrengthandyieldstrengthoftes󰀂tingsteeldecreaseandelongationincreasewiththedecreaseoffinishingrollingtemperature.Thevalueoflowtemperatureimpacttoughnesswithhighfinishingrollingtemperatureisverylow,whileitincreasesalotasfinishingrollingtemperaturedecrease.Themicrostructureoftestingsteelwithhighfinishingrollingtemperatureconsistsofferriteandalittlepearlite,whichisinhomogeneous.Whilewithintermediateandlowfinishingrollingtemperatures,themicrostructureofitcontainsferriteandpearlite,andtheferritegrainisregular.Themicrostructureoftestingsteelwithlowfinishingrollingtemperatureismorehomoge󰀂neousthanthatwithintermediatefinishingrollingtemperature.Strip󰀂likeorrod󰀂likemulticarbidesM3Cexistonthegrainboundaryofferriteswithhighfinishingrollingtemperature.Keywords:steelstripforengineeringmechanism;chanicalproperty

finishingrollingtemperature;microstructure;me󰀂

󰀁󰀁收稿日期:2010-02-08

∀∀

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁钢铁钒钛󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年第31卷󰀁

后,设定6辊连续式轧机精轧,采用高温、中温和低温三种终轧温度,钢卷经过层流冷却后卷取。

表1󰀁试验钢主要化学成分󰀁Table1󰀁Mainchemicalcompositionsoftestingsteel󰀁%

C󰀂0.10

Si󰀂0.50

Mn

P

S

Nb

Ti󰀂0.12

0󰀁引言

󰀁󰀁工程机械用热轧钢板是板带产品中用途最广、

用量最大的钢铁材料之一,主要用于挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、矿山机械、叉车及工业车辆、混凝土机械等。我国工程机械用钢板的开发起步较晚,近20年才打破了A3和16Mn钢的低级别状态,开始升级换代,并逐步与国际接轨。

国内普遍使用的高强度工程机械用热轧钢板有60、70、80kg级和100kg级。长期以来,屈服强度600MPa以上的高强度工程机械用钢板都是采用淬火加回火的调质处理方法(Q&T)生产,随着微合金钢冶炼技术和控轧控冷技术的发展,才出现了采用微合金成分,利用控轧控冷技术,以热连轧的形式生产高强度工程机械用钢板。在热连轧高强度工程机械用钢板的生产中,终轧温度不仅对其组织和性能有很大影响,而且直接影响了变形抗力的大小,从而影响生产的顺行。笔者以工业生产的高强度工程机械用钢为原料,研究了不同终轧温度对其组织和性能的影响。

[1]

󰀂1.80󰀂0.025󰀂0.015󰀂0.10

󰀁󰀁在试验钢卷上切取金相试样,经研磨抛光后,用3%的酒精腐蚀,在Neophot 光学显微镜下观察试验钢的显微组织。沿热轧钢卷的横向取拉伸试样进行力学性能测试。沿热轧钢卷的纵向取样,加

工成5mm!10mm!55mm的V型缺口冲击试样,进行低温冲击韧性测试。采用H800扫描电镜对部分冲击试样断口的形貌,以及组织细节进行分析,采用HITACHI2700+120kV透射电镜对部分试样的析出相进行分析。

2󰀁试验结果分析

2.1󰀁力学性能

不同终轧温度试样的力学性能见图1,从图1可见,随着终轧温度的下降,屈服强度和抗拉强度下降,延伸率上升。高温终轧的低温冲击值很低,随着终轧温度的降低,低温冲击值大幅度升高。

1󰀁试验材料及方法

󰀁󰀁试验钢采用120t转炉冶炼,其主要化学成分见表1,试验钢坯粗轧成一定厚度的中间坯,经热卷箱

图1󰀁不同终轧温度试样的力学性能

Fig.1󰀁Mechanicalpropertiesofspecimenwithdifferentfinishingrollingtemperatures󰀁第3期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁张开华等:终轧温度对高强度工程机械用钢组织性能的影响󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁∀󰀁65󰀁∀󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁对高温终轧试样的冲击断口进行扫描电镜分析,其断口形貌见图2。从图2可见,高温终轧的冲击断口纤维区很小,瞬断区范围占板厚95%以上,断裂方式为脆性断裂。其韧窝断口和解理断口形貌见图3。

级以上。中温终轧和低温终轧试样的组织是铁素体+珠光体,铁素体晶粒比较规则,珠光体分布比较均匀,但是,中温终轧试样组织中存在一定量粗大的铁素体晶粒,而低温终轧试样的晶粒度均匀性比中温终轧好,组织中很少出现粗大的铁素体晶粒。

表2󰀁金相组织分析结果

Table2󰀁Theresultofmetallographicmicrostructureanalysis

工艺高温终轧中温终轧低温终轧

组织F+微量P90.5%F+9.5%P95.3%F+4.7%P

晶粒度(级)9.5/11.512.012.0

2.2󰀁金相组织

不同终轧温度试样的金相组织分析结果见表2和图4。可见,高温终轧试样的组织是铁素体+微量珠光体,铁素体形态为非等轴晶,而且相邻铁素体晶粒间存在尺寸差异,尺寸较大的铁素体的晶粒度为9级左右,而尺寸相对较小的铁素体晶粒度在11图4󰀁不同终轧温度的典型的金相组织

Fig.4󰀁Typicalmetallographicmicrostructureswithdifferentfinishingrollingtemperatures∀66∀

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁钢铁钒钛󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年第31卷󰀁

晶区开始温度为960#左右

[2]

󰀁󰀁高温终轧和中温终轧试样的金相组织细节照片如图5所示。从图5可见,高温终轧试样的珠光体量极少,渗碳体沿晶界分布,铁素体晶界存在大量的白亮点。而中温终轧时,存在珠光体组织,渗碳体比较分散,在铁素体晶界附近存在少量的白亮点。2.3󰀁TEM分析

高温终轧和中温终轧试样的TEM照片见图6。从图6可见,高温终轧试样的铁素体晶界明显存在条状或短棒状的深色析出物,中温终轧试样的铁素体晶界在部分区域也存在条状或短棒状的深色析出物,但密度明显比高温终轧时低。对晶界深色析出物进行电子衍射分析,结果表明,析出物为M3C型复合碳化物。

,在高温终轧时,在

未再结晶区基本没有变形量,必然造成原始奥氏体粗大,从而造成铁素体晶粒的粗大。而随着终轧温度的降低,未再结晶区变形量增加,铁素体晶粒细化。

Nb在奥氏体中的主要析出方式是晶界析出,其次是晶内的位错线上析出。当高温终轧时,在奥氏体未再结晶区变形量很小或没有变形,晶内变形带很少,Nb在奥氏体中的析出几乎都发生在晶界上。而且C的扩散更快,奥氏体中位错线少,对C原子扩散的阻碍作用小,更容易在奥氏体晶界形成NbC。Nb在奥氏体晶界大量析出,导致相变前固溶的C含量减少,特别是在奥氏体晶界附近的固溶C含量很少。在轧后冷却过程中,晶界处首先形成铁素体,由于晶界处本身的C含量低,在形成铁素体的过程中,在铁素体周围不会形成C的富集,因此,不可能形成珠光体。在层流后的缓慢冷却过程中,铁素体中过饱和的碳将析出,但在此温度条件下,不可能发生珠光体转变,铁素体中过饱和的碳只能以Fe3C析出,由于没有可以依附的已析出的Fe3C(珠光体中),就会在能量较高的铁素体晶界析出形成Fe3C,降低低温冲击韧性。

3󰀁分析

󰀁󰀁热轧变形后的组织,按其是否发生再结晶,可分为3个区域,即再结晶区,部分再结晶区和未再结晶区。未再结晶区轧制的目的,一是增加单位体积晶界的数目,二是在拉长的晶粒内增加变形带和孪晶带面积,未结晶区的变形量越大,奥氏体晶粒被压扁的程度越高,铁素体晶粒越细小。高Nb钢未再结

图5󰀁不同终轧温度试样的组织细节

Fig.5󰀁SEMphotoswithdifferentfinishingrollingtemperatures

󰀁第3期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁张开华等:终轧温度对高强度工程机械用钢组织性能的影响󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁∀󰀁67󰀁∀󰀁󰀁󰀁󰀁

图6󰀁不同终轧温度试样的TEM照片

Fig.6󰀁TEMphotosofspecimenwithdifferentfinishingrollingtemperatures

󰀁󰀁同时,高温终轧时,Nb在奥氏体中的析出只发生在奥氏体晶界,析出量较少,大量的Nb固溶下来在低温的铁素体中弥散析出;当终轧温度降低时,在奥氏体晶内存在大量的变形带,Nb不仅在奥氏体的晶界析出,而且在奥氏体晶内大量的变形带上析出,减少了Nb在铁素体中的析出量。奥氏体中析出的NbC颗粒粗大,析出强化作用弱,因此,随着终轧温度的降低,屈服强度和抗拉强度降低,延伸率升高。

和屈服强度降低,延伸率升高,低温冲击韧性大幅度升高。

2)高温终轧的组织是铁素体及微量珠光体,铁素体形态为非等轴晶,而且相邻铁素体晶粒间存在尺寸差异。中温终轧和低温终轧的组织是铁素体+珠光体,铁素体晶粒比较规则,而且,低温终轧钢卷的晶粒度的均匀性比中温终轧好。

3)高温终轧的铁素体晶界明显存在条状或短棒状的深色析出物,中温终轧时,只是在少部分铁素体晶界存在条状或短棒状的深色析出物。经电子衍射分析,此深色晶界析出相为M3C型复合碳化物。

4󰀁结论

󰀁󰀁1)随着终轧温度的降低,试验钢的抗拉强度参考文献

[1]󰀁LiCanming,WangJianjing,YanZhihua.Developmentstatusandmarketforecastingofdomesticsteelforengineeringmechanism

[J].ShandongMetallurgy,2008,30(5):9-11.

(李灿明,王建景,闰志华.国内工程机械用钢发展现状和市场预测[J].山东冶金,2008,30(5):9-11.)

[2]󰀁KangJunyan.Studyonmicrostructure,mechanicalpropertiesandprecipitateofacicularferritesteelbycontrolrollingandcon󰀂

trolcoolingprocess[D].Beijing:BeijingUniversityofScienceandTechnology,2005.

(康君艳.控轧控冷针状铁素体钢的组织性能与析出物研究[D].北京:北京科技大学,2005.)

编辑󰀁杨冬梅