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CSP设备轧制高强度低合金钢
更新时间:2015.08.27 新闻来源:

近10年来,CSP技术得到显著发展,产品不断增加,现已覆盖传统钢厂轧制的所有材料。下面介绍用CSP设备热机轧制高强度低合金热轧带钢的试验结果和应用。

  选择小于0.065%的低碳钢。碳含量降低,则韧性提高,特别是转变温度降低,对表面质量和焊接有利。提高锰含量使固溶体硬化,可提高

  微合金化保证了热机轧制需要的化学成分,并在显微组织形成方面有重要贡献:

  1)抑制热加工中的奥氏体在CSP轧机最后机架内再结晶,建立细晶相变显微组织。

  2)沉淀硬化。合金化技术常常通过增加铌含量提高钢的强度。要求最小屈服强度500MPa,铌含量0.06%,再结晶终止温度必须能保证奥氏体在多晶转变前完成足够的硬化。

  为使最小屈服强度达到500MPa以上,用铌和钒进行微合金化。钒对奥氏体再结晶没有很大影响,但对γ→α转变过程中和转变之后的沉淀硬化有较大影响。

  用CSP设备轧制高强度低合金钢

  钢水通过钢包和中间包注入漏斗形CSP结晶器。薄板坯穿过二次冷却区,用摆式剪切机剪切,然后进入均热炉。除鳞后在CSP-HSM中轧制;热带钢穿过层流冷却系统,最后卷取。

  1)钢水精炼和薄板坯连铸

  所用钢水为转炉钢。连铸前钢水在钢包炉内精炼,调整钢水化学成分,确保钢水化学和物理性质均匀。锰铁增加钢水的含碳量,等于或小于0.065%的目标有时候达不到。为防止凝固坯壳损坏,S550MC和S600MC钢使用碱性保护渣替代酸性保护渣,确保所有情况下工艺的可靠性,也避免了表面缺陷。

  铌合金薄板坯最重要的是在二次冷却区保证适当高的铸流温度。只有在铸机区保持固溶态,微合金元素才能在轧机内和层流冷却线上发挥作用。进入保温炉前,用可调宽配水控制冷却和气雾冷却使板坯温度保持在1000~1050℃以上。

  2)在辊底加热炉内均热,直接装料进行热机轧制

  离开铸机后,板坯进入辊底加热炉均热,温度设为1100~1150℃。热机轧制的中心问题就是利用塑性变形实现成形加工。控制固态反应,用给定材料特性设定显微组织。因与铌的微合金化,轧机内加工硬化和软化工艺有很大变化。所有显微组织成形过程,铌微合金钢都能在CSP轧机上实现。

  3)层流冷却和卷取

  奥氏体多晶转变在层流冷却中进行,在卷取机上完成最终显微组织。铁素体颗粒尺寸与奥氏体颗粒尺寸和辊道冷却速率紧密相关。如果剩余变形为0.8,奥氏体颗粒尺寸20μm,平均冷却速率25℃/s,可算出铁素体颗粒尺寸大约是5μm,与实验结果非常吻合。

  从精轧温度降到卷取温度速度快、强度大,充分利用热变形产生的晶格缺陷影响多晶转变,强化晶粒细化效果。从S550MC 6mm CSP热带钢冷却曲线看,降温速度非常快。奥氏体近等温转变比率提高,促进显微组织均匀化。

  高强度CSP热带钢的显微组织和特性

  1)显微组织和亚结构特性

  对8mm厚CSP热带钢显微组织图的研究显示,随着强度等级的提高,颗粒细化作用也随之增强。S315MC的CSP热带钢平均铁素体颗粒尺寸大约是6μm(颗粒尺寸号12-11)  ,S550MC大约是4~5μm(颗粒尺寸号13)。

  S315MC和S420MC具有铁素体-珠光体显微组织。暗淡的珠光体位于铁素体颗粒边界。因锰含量较高,S420MC珠光体比S315MC的珠光体细。

  由于化学成分不同、卷取温度较低,S550MC的CSP热带钢则是贝氏体显微组织。随奥氏体热加工硬化的不断加强,贝氏体形态由针状逐渐变为准球形。铁素体颗粒只在轧制方向上轻微拉伸。不同位置颗粒大小分布曲线几乎相同,证明热带钢内的显微组织变化非常均匀。

  透射式电子显微镜研究对S550MC的CSP热带钢显微组织铁素体粒度进行分级:1级约2~4μm,近球状,位错密度低;2级约0.5μm,位错密度较高,有形成晶胞趋向;3级为高位错密度晶体包,含5个板条,每条长1~4μm,  宽0.1~0.5μm,  在板条形晶体方向上轻微拉伸  。晶包内,结晶取向相同,晶体之间的边界是亚晶界。不同晶包之间结晶取向不同,晶包的边界为大角度晶界。

  不同粒级共生是连续冷却的结果。渗碳体或珠光体既没发现横向结晶也没发现内结晶,也未发现粗大的碳化物。沉淀颗粒非常小(几个nm),很细地分散在铁素体基体内,验定为Nb(CN)。

  对显微组织的深入研究说明,在热机轧制过程中,固溶体硬化、晶粒细化、沉淀硬化和提高位错密度等方法都充分发挥了作用。

  2)材料性能

  S550MC的CSP热带钢屈服强度随入口温度的上升而增大,从  1050℃上升到1100℃可使屈服强度增加50MPa。入口温度高,可确保薄板坯进入轧机时固溶体中的铌含量。但仅有高的起始温度也不能保证所需的最小屈服强度。终轧温度和卷取温度对屈服强度也有影响。屈服强度随终轧温度和卷取温度的下降而增大。

  试验证明,最小屈服强度的可调技术范围比较宽,能保证工艺控制的有效性和可靠性。所有试验钢种全部达到或超过了最小断裂延伸率要求,S315MC是24%,S600MC是13%。除抗拉强度外,弯曲试验结果也满足要求。

  夏氏冲击试验取5×10mm2纵向和横向S550 M C的CSP热带钢样品。温度与缺口冲击能的关系显示,韧度值很稳定,符合DIN EN 10149标准要求。从韧性到脆性断裂的转变温度是-50℃。CSP热带钢同时具有极好的强度和韧性。   

  3)应用

  试验证明  CSP热带钢具有很好的材料特性。其加工性能和实用可靠性在成功应用中得到了全面确认。用户来自机械、设备、厂房以及汽车工业等领域。CSP热带钢可谓传统高强度热带钢最好的替代品。

  结论

  有控制地采用冶金反应原理,综合考虑CSP工艺特点,用CSP设备生产Nb微合金热带钢,工艺非常可靠。产品满足欧洲和美国对高强度热带钢的冷成型标准要求。

  除高强度外,热机轧制还可在低温设定很高的延展性。CSP热机轧制工艺参数和显微组织及材料特性之间的相互关系,与传统轧机中获得的结果非常一致。    

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