超細(xì)晶鋼的研制開(kāi)發(fā)

超細(xì)晶鋼的研制開(kāi)發(fā)

0超細(xì)晶鋼的開(kāi)發(fā)新一代鋼鐵材料具有超結(jié)晶、超干凈、高均勻性等特點(diǎn)。其中核心技術(shù)是超細(xì)晶,通過(guò)將當(dāng)前鋼材晶粒尺寸細(xì)化一個(gè)數(shù)量級(jí),鋼鐵材料的強(qiáng)度可提高一倍,同時(shí)保持良好的塑性和韌性配合。本鋼在2001年完成冶煉、連鑄、熱連軋等設(shè)備的建設(shè)和現(xiàn)代化改造后,為超細(xì)晶鋼的開(kāi)發(fā)提供了必要的設(shè)備條件,與東北大學(xué)合作,在普通碳素鋼成分的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出屈服強(qiáng)度達(dá)400MPa和500MPa的超細(xì)晶鋼CX400、CX500。同時(shí),與鋼鐵研究總院合作,在09CuPTiRE和SPA-H兩個(gè)鋼種的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)研制出Cu-P-Ti-RE系和Cu-P-Cr-Ni系超細(xì)晶耐候鋼。幾種超細(xì)晶鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)合理、熱連軋生產(chǎn)工藝可行,晶粒明顯細(xì)化,綜合性能良好。CX400和CX500鋼成功應(yīng)用于汽車梁的制造,超細(xì)晶耐候鋼成功應(yīng)用于鐵道車輛和集裝箱的制造。1實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程CX400、CX500的化學(xué)成分以本鋼現(xiàn)行生產(chǎn)的Q235鋼為基本成分。首先在東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了熱模擬試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室熱軋?jiān)囼?yàn),然后通過(guò)三輪工業(yè)性試生產(chǎn),對(duì)CX400、CX500鋼的化學(xué)成分、生產(chǎn)工藝以及組織性能關(guān)系進(jìn)行了研究,最終確定其生產(chǎn)工藝。1.1化學(xué)成分和壓延工藝CX400、CX500鋼的化學(xué)成分控制目標(biāo)見(jiàn)表1,熱連軋工藝見(jiàn)表2。1.2材料的性能及尺寸CX400、CX500鋼的力學(xué)性能見(jiàn)表3,表中數(shù)據(jù)為兩鋼種檢驗(yàn)42批次的實(shí)物性能范圍。可以看出,其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率分別達(dá)到本鋼生產(chǎn)的汽車大梁用鋼BG440L及BG510L的性能標(biāo)準(zhǔn)要求。CX400鋼金相組織由鐵素體和珠光體組成,某些試樣出現(xiàn)貝氏體組織,晶粒尺寸3～7μm;CX500鋼金相組織由鐵素體、馬氏體以及貝氏體組成,晶粒尺寸2～5μm。圖1、2為兩鋼種典型的組織。1.3冷彎試驗(yàn)工藝?yán)鋸澰囼?yàn)是衡量鋼板在一定條件下的塑性或沖壓性能優(yōu)劣的工藝試驗(yàn)。生產(chǎn)過(guò)程中冷彎試驗(yàn)B=35mm、d=0.5a、α=180°全部合格;另外取B=80mm、d=0、α=180°抽檢4批也全部合格,冷彎實(shí)物照片見(jiàn)圖3。1.4試驗(yàn)鋼與3.2試驗(yàn)鋼的溫度差異CX400和CX500鋼的系列沖擊試驗(yàn),試樣采用5mm×10mm×55mm的試樣,夏比V型缺口。結(jié)果表明試驗(yàn)鋼在-70～50℃溫度范圍內(nèi)的沖擊功穩(wěn)定在55J左右(見(jiàn)圖4),韌脆轉(zhuǎn)變溫度確定在-70℃以下,證明此兩鋼種具有很好的低溫沖擊韌性。這是由于晶粒細(xì)化提高了鋼的韌性,另外此鋼的冶煉工藝保證了鋼的潔凈度,S、P及其它雜質(zhì)含量低,為保證良好的韌性提供了條件。2試驗(yàn)工藝及設(shè)備本鋼與鋼鐵研究總院進(jìn)行技術(shù)合作,開(kāi)發(fā)研制Cu-P-Ti-RE系和Cu-P-Cr-Ni系超細(xì)晶耐候鋼,試驗(yàn)分兩部分同時(shí)進(jìn)行:一是常規(guī)成分熱連軋低溫控軋工藝;二是在常規(guī)成分基礎(chǔ)上加Nb進(jìn)行微合金化,熱連軋低溫控軋工藝生產(chǎn)。這里主要介紹第二種工藝。2.1不同基礎(chǔ)鋼的制備兩鋼種的化學(xué)成分是在09CuPTiRE和SPA-H的基礎(chǔ)上添加0.02%～0.04%的Nb,其化學(xué)成分控制目標(biāo)見(jiàn)表4。軋制工藝均采用開(kāi)軋溫度1030～1060℃;精軋開(kāi)軋930～960℃,終軋(800±15)℃,卷取(550±15)℃的溫度制度。SPA-HNb的合金含量較高,由于軋制溫度的降低,軋機(jī)的軋制負(fù)荷將增加,圖5是正常生產(chǎn)的SPA-H鋼(860℃終軋)、及加Nb微合金化鋼低溫控軋(800℃終軋)軋制力對(duì)比結(jié)果。由圖5可見(jiàn),采用低溫軋制后,鋼帶軋制力有所提高,但提高的幅度不大,最大軋制力只有15.9MN,遠(yuǎn)小于額定值30MN,同時(shí)電機(jī)負(fù)荷也在正常范圍,說(shuō)明本鋼1700mm熱連軋機(jī)組可以滿足超細(xì)晶鋼對(duì)生產(chǎn)工藝的要求,同時(shí)還可繼續(xù)降低軋制溫度、提高低溫軋制變形量來(lái)進(jìn)一步細(xì)化帶鋼組織。2.2試驗(yàn)試件性能力學(xué)性能見(jiàn)表5,表中數(shù)據(jù)為各鋼種檢驗(yàn)100批次的實(shí)物性能范圍,可見(jiàn)采用Nb微合金化控軋技術(shù)后,鋼帶的強(qiáng)度比本鋼正常生產(chǎn)的09CuPTiRE和SPA-H提高近100MPa。2.3金相組織09CuPTiRENb鋼的晶粒尺寸可細(xì)化到5μm以下,SPA-HNb的晶粒尺寸可達(dá)到3μm左右,其金相組織如圖6、圖7所示。2.4合格判定標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)過(guò)程檢驗(yàn)兩鋼種冷彎試驗(yàn)B=35mm、d=0.5a、α=180°全部合格;另取B=80mm、d=0、α=180°抽檢也全部合格。3車底盤和鋼梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制造CX400和CX500鋼供金洲車架廠和輝南車架廠用于沖壓汽車底盤加強(qiáng)梁和縱梁的制造;09CuPTiRENb鋼供齊齊哈爾車輛廠用于鐵路貨車車門、側(cè)板等部件;SPA-HNb鋼供中集集團(tuán)制造集裝箱梁等結(jié)構(gòu)件。用戶反映良好。4產(chǎn)品的綜合性能(1)生產(chǎn)實(shí)踐表明,幾種超細(xì)晶鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)合理、熱連軋生產(chǎn)工藝可行,晶粒明顯細(xì)化,CX400鋼晶粒尺寸達(dá)3～7μm;CX500鋼達(dá)2～5μm,09CuPTiRENb鋼可細(xì)化到5μm以下,SPA-HNb鋼可達(dá)3μm左右,產(chǎn)品的綜合性能良好。(2)采用Nb微合金化、低溫控軋生產(chǎn)