Ti微合金化高强钢性能波动原因分析与工艺优化

目前，700 MPa级高强钢主要采用Ti微合金化成分体系，利用纳米级Ti析出相来提高强度，但存在塑性不足、性能波动大等问题。利用OM、SEM和物理化学相分析法，对比研究了带钢头、中、尾部微观组织、力学性能以及析出相的类型与大小。结果表明，带钢头、中、尾部均为准多边形铁素体组织，头部晶粒尺寸细小，中部和尾部晶粒尺寸相对较大，然而带钢头部强度显著低于中部和尾部。通过分析强化机制，发现带钢头部M(CN)析出不充分，沉淀强化作用相对较小是其强度偏低的主要原因。为此，对控轧控冷工艺进行了优化，采取提高头部卷取温度、轧后送入缓冷坑等措施后，带钢头、中、尾部析出相数量基本相当，性能均匀性得到了明显改善。     

Ti微合金化高强钢性能波动原因分析与工艺优化

目前，700 MPa级高强钢主要采用Ti微合金化成分体系，利用纳米级Ti析出相来提高强度，但存在塑性不足、性能波动大等问题。利用OM、SEM和物理化学相分析法，对比研究了带钢头、中、尾部微观组织、力学性能以及析出相的类型与大小。结果表明，带钢头、中、尾部均为准多边形铁素体组织，头部晶粒尺寸细小，中部和尾部晶粒尺寸相对较大，然而带钢头部强度显著低于中部和尾部。通过分析强化机制，发现带钢头部M(CN)析出不充分，沉淀强化作用相对较小是其强度偏低的主要原因。为此，对控轧控冷工艺进行了优化，采取提高头部卷取温度、轧后送入缓冷坑等措施后，带钢头、中、尾部析出相数量基本相当，性能均匀性得到了明显改善。     

Nb?Ti微合金化800 MPa级复相钢性能均匀性研究

对Nb?Ti微合金化800 MPa级汽车用复相钢的头、中、尾部力学性能、板形与显微组织结构类型进行研究。结果表明:造成热轧原料通卷性能波动,酸轧板形波动的主要原因是热轧原料钢卷内、外圈冷速不均形成不同类型微观组织导致。为此,在生产800 MPa强度级别复相钢时,热轧采用550 °C低温卷取工艺,可有效避开珠光体生成区,确保热轧通卷为铁素体与贝氏体组织,进而改善热轧原料通卷性能均匀性,提高该产品酸轧后板形质量。     

Ti微合金化超高强度工程机械用钢研制

在实验室研制了不同Ti、Nb含量的热轧钢板,并对钢板进行了轧后冷却试验,研究了Ti、Nb微合化和热轧工艺对钢板组织和力学性能的影响。在实验室研究基础上,采用微合金化工艺路线,通过控轧控冷工艺,终轧后层流冷却工艺(卷取温度采用590℃),成功试制了700 MPa级工程机械用钢。结果显示,试验钢的屈服强度大于700 MPa,抗拉强度大于785MPa,并具有良好的冲击性能、成形性能。试验钢的组织为铁素体+少量珠光体+微量马氏体,同时,在铁素体的基体上存在大量纳米级的弥散析出或相间析出的(Nb,Ti)(C,N)析出相,有效提高了试验钢的强度。     

Ti微合金化高强机械用钢控轧控冷工艺研究

研究了Ti微合金化高强机械用钢铸坯析出物加热回溶、再结晶和连续冷却相变规律,分析和探讨了TMCP工艺对钢板组织、析出物析出以及力学性能的影响规律.结果表明,生产Ti微合金化高强机械用钢热轧卷板应采用大于1220℃的加热温度,同时严格控制粗轧温度、终轧温度和卷取温度,充分发挥细晶强化和析出强化作用,使钢板强韧性匹配良好.     

热处理对Ti微合金化马氏体钢强度的影响

对Ti微合金化马氏体钢经不同工艺热处理后的屈服强度进行了研究,并分析了其强化机制。研究表明,Ti微合金化使钢中形成细小的TiC析出相,可以提高马氏体钢的屈服强度。经过回火与再加热淬火工艺处理后,可形成1～10 nm的TiC析出相,使得马氏体钢晶粒细化到约8μm。理论计算与实验数据关于TiC提供的析出强化与细晶强化效果良好吻合,即通过Ti微合金化及回火再加热工艺,由TiC析出相提供的析出强化达到188 MPa,TiC钉扎晶界使得晶粒细化而产生的细晶强化效果为80 MPa。     

890MPa级纳米碳化物强化铁素体高强钢的研制

通过Ti-V-Nb-Mo复合微合金化设计、控轧控冷(TMCP)及合理选择卷取温度,开发出抗拉强度为890 MPa级铁素体高强钢。结果表明,经两阶段控轧后冷却到600℃进行模拟卷取,钢板的屈服强度达到877 MPa,抗拉强度达到950 MPa,伸长率为20.0%,显微组织为均匀细小的多边形铁素体+少量晶界渗碳体。强化机理分析表明,析出强化和细晶强化是铁素体高强钢的主要强化方式,其中析出强化增量高达380 MPa。     

V、N、Nb微合金化对薄板坯连轧带钢组织和性能的影响

在试验室模拟薄板坯连铸连轧过程,板坯均热后被轧制到7mm厚并通过控冷来模拟辊道冷却和带钢的缓慢卷取过程.本文选用低碳钢,研究了V、N、Nb微合金化对其组织和性能的影响.通过试验证明在V-N钢中加入Nb对钢的强化机制有较大影响,使V-N-Nb钢中的析出强化增大,这表明V-N-Nb微合金化可充分地发挥微合金元素在钢中的析出强化作用,析出强化对屈服强度的贡献比V-N微合金化提高17MPa.     

V、N、Nb微合金化对薄板坯连轧带钢组织和性能的影响

在试验室模拟薄板坯连铸连轧过程，板坯均热后被轧制到7mm厚并通过控冷来模拟辊道冷却和带钢的缓慢卷取过程。本文选用低碳钢，研究了V、N、Nb微合金化对其组织和性能的影响。通过试验证明在V-N钢中加入Nb对钢的强化机制有较大影响，使V-N-Nb钢中的析出强化增大，这表明V-N-Nb微合金化可充分地发挥微合金元素在钢中的析出强化作用，析出强化对屈服强度的贡献比V-N微合金化提高17MPa。     

FTSR产线低屈强比高强钢的开发实践

针对市场对500 MPa以上、屈强比低于0.9的冷加工成形用热轧带钢的需求,唐钢在FTSR产线上对其进行了开发。对其化学成分、加热制度、轧制制度、卷取工艺进行了优化设计,形成了一整套具有FTSR产线特色的低屈强比薄规格高强钢的生产工艺。生产实践表明,采用碳锰钢+Nb微合金化化学成分设计和合理的TMCP工艺,带钢组织为典型的铁素体组织,抗拉强度不小于500 MPa、屈强比不大于0.9,提升了Nb微合金化高强薄规格带钢性能和轧制的稳定性,并解决了卷取后易扁卷的问题。     

低成本800 MPa级镀锌超高强度双相钢的微观组织与性能

利用光学显微镜、透射电镜(TEM)对800 MPa级双相钢热轧、冷轧及热镀锌后的显微组织进行了观察,分析比较了热镀锌后整卷通板宽不同位置的力学性能。结果表明:试验钢经795 ℃保温150 s后热涂镀,微观组织以铁素体+马氏体为主,铁素体晶粒尺寸在2.3～6.0 μm之间,马氏体体积分数为21％左右。热镀锌后抗拉强度为825 MPa,屈服强度为505 MPa,断后伸长率为19%,沿板宽方向力学性能稳定性较好,抗拉强度波动在20 MPa以内,屈服强度波动在4 MPa以内,断后伸长率波动1%。对热镀锌后整卷钢头中尾部进行了折弯性能评价,以3倍厚度弯心直径进行横向180°折弯试验,结果都没有开裂,能够满足用户对高折弯性能的要求。     

回火时间对高强抗震耐火钢板组织与力学性能的影响

采用OM、SEM、TEM、拉伸试验和冲击试验等,研究了600 ℃回火不同时间对690 MPa级高强抗震耐火钢板的力学性能、微观组织及析出行为的影响。结果表明,不同回火时间对耐火钢板的力学性能和微观组织有重要影响。耐火钢板经过600 ℃回火后强度稍有降低,但伸长率增大,屈强比降低,综合力学性能提高,低温冲击吸收能量随回火时间的延长而降低。最优回火保温时间为15 min,此时试验钢板的屈服强度为976 MPa、硬度为396 HV,-40 ℃冲击吸收能量为164 J,其组织由贝氏体+铁素体+少量马氏体构成,在马氏体和铁素体中均存在位错和细小析出相,析出相为富Nb的Nb、Ti复合碳化物,发挥沉淀强化作用;当保温时间延长至60 min后,析出大量细小Nb、Ti和Mo复合碳化物,但此时的沉淀强化作用不能弥补铁素体造成的强度损失,所以在相同温度回火过程中,随着回火时间的延长,抗拉强度和硬度下降。     

合金元素含量对汽车大梁用610L钢组织与性能的影响

采用“调Si、降Nb、加Ti”的合金设计理念,结合优化的控轧控冷工艺,开发出一种新型汽车大梁用610 MPa级Ti-Nb-Si系低碳微合金钢。结果表明,当Si、Nb和Ti的质量分数分别为0.04%、0.03%和0.06%时,试验钢在热轧后水冷(15～20℃/s)至卷取温度时的显微组织为铁素体+珠光体,且在铁素体基体内分布着高密度的纳米析出相,综合力学性能较好,屈服强度为539 MPa,抗拉强度为633 MPa,伸长率为20.5%,扩孔率为66.4%,各项力学性能和扩孔性能均满足汽车大梁用610L钢的性能要求。     

不同回火温度下Nb、Ti对785 MPa级特厚齿条钢板组织性能的影响

针对特厚齿条用钢板的开发,通过微合金化设计、控制轧制、调质热处理等工艺,制备了两种不同成分的785 MPa级别高强韧特厚齿条钢,研究了不同回火温度下Nb、Ti对钢板微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着回火温度的升高,试验钢板屈服强度、抗拉强度、硬度逐渐降低。NbTi钢板回火脆性区间为300~500 ℃,3Ni钢板回火脆性区间为200~550 ℃。Nb、Ti微合金化可显著细化奥氏体晶粒,增加了大角度晶界的比例和密度,从而提高了钢板的强度和冲击韧性。NbTi钢板在650 ℃回火时获得最优强韧性匹配,其屈服强度和-60 ℃冲击功分别为805 MPa和200 J;3Ni钢板在600 ℃回火时获得最优强韧性匹配,其屈服强度和-60 ℃冲击功分别为881 MPa和140 J。     

回火温度对30Cr3Si2NiMoWNb钢组织性能的影响

采用扫描电镜、能谱分析和力学试验等研究了回火温度对30Cr3Si2NiMoWNb超高强度钢组织和性能的影响。结果表明,回火温度变化可实现对力学性能的大幅度调控。200~350 ℃回火,微观组织为回火马氏体与细小弥散的ε-碳化物,此阶段强韧性变化幅度较小,抗拉强度等级1700 MPa、屈服强度等级1300 MPa;350~500 ℃回火由于渗碳体的不均匀析出,强度和韧性同时下降,其中500 ℃左右回火脆性最为严重,冲击吸收能量下降至最低点;500~700 ℃回火生成较稳定的球状渗碳体,强度大幅下降,韧性大幅上升。回火温度对强韧性的影响机理为ε-碳化物、渗碳体等析出相演变过程的影响;一定含量的Si元素可以提高渗碳体形成温度和回火脆性温度。     

开冷温度对热轧F/B双相钢组织性能的影响

采用轧后空冷+超快速冷却的方式,研究了开冷温度对热轧铁素体/贝氏体(F/B)双相钢组织性能的影响。结果表明：开冷温度显著影响F/B双相钢的显微组织和性能。开冷温度由747 ℃降至700 ℃时,铁素体体积分数由17.3%增至85.7%,铁素体晶粒尺寸由3.3 μm粗化至3.6 μm,贝氏体中析出的碳化物含量增加。同时,F/B双相钢的屈服强度从594 MPa降至475 MPa,抗拉强度从648 MPa降至532 MPa,伸长率从17.7%升至34.3%,扩孔率从36.4%提高至82.8%。因此,为实现热轧F/B双相钢力学性能和扩孔性能的平衡,开冷温度应控制在730~700 ℃。     

形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响

为了提高火电发电效率，要求耐热钢在更高的服役温度下保持良好的高温性能。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与电子探针(EPMA)等手段，研究了不同变形量的形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响。结果表明，随变形量的增加，11Cr3Co钢板基体组织得到显著细化，马氏体板条宽度变细，小角度晶界数量减少；在200~700 ℃拉伸时，不同变形量形变热处理的钢板抗拉强度均得到提升，伸长率略有降低；在400、600 ℃拉伸时，经20%TMT700-T处理后的钢板抗拉强度分别为299、269 MPa，伸长率分别为19.3% 、21.93%，具有优异的综合力学性能。形变热处理钢板组织中的高密度位错能够促进析出粒子数量增加且使40~100 nm M23C6与10~30 nm MX粒子的分布更加均匀弥散，更好地保证了耐热钢组织的高温稳定性。     

形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响

为了提高火电发电效率，要求耐热钢在更高的服役温度下保持良好的高温性能。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与电子探针(EPMA)等手段，研究了不同变形量的形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响。结果表明，随变形量的增加，11Cr3Co钢板基体组织得到显著细化，马氏体板条宽度变细，小角度晶界数量减少；在200~700 ℃拉伸时，不同变形量形变热处理的钢板抗拉强度均得到提升，伸长率略有降低；在400、600 ℃拉伸时，经20%TMT700-T处理后的钢板抗拉强度分别为299、269 MPa，伸长率分别为19.3% 、21.93%，具有优异的综合力学性能。形变热处理钢板组织中的高密度位错能够促进析出粒子数量增加且使40~100 nm M23C6与10~30 nm MX粒子的分布更加均匀弥散，更好地保证了耐热钢组织的高温稳定性。     

Ti微合金化700MPa级汽车大梁钢的研究

通过实验,采用低成本Ti微合金元素进行强化,获得了抗拉强度745～760MPa,下屈服强度640～655MPa,伸长率为23. 0%～23. 5%的热轧钢板。同时,通过调整热轧工艺,获得了终冷温度与热轧板强度的关系。此外,研究了轧制过程不同阶段析出相的种类、分布以及析出量的变化情况。结果表明,钢板屈服强度、抗拉强度与其终冷温度基本呈线性关系,随终冷温度的降低,屈服强度和抗拉强度均明显提高。析出相的定量分析结果表明,在粗轧结束时,Ti的析出率接近50%,在精轧结束时,Ti的析出率接近60%。在700℃等温卷取后,Ti的析出率超过95%。降低卷取温度到650、600℃时,Ti的析出率分别降低到87. 5%、75. 2%。如果700℃终冷后采用空冷方式冷却,Ti的析出率最低,降低到只有63. 3%,与精轧结束时析出量相近。