新型挤压轮钢4Cr3.75MoSiV的析出相对热疲劳性能的影响

开发的新型挤压轮用钢4Cr3.75MoSiV(/%:0.39C、0.95Si、0.35Mn、3.75Cr、1.25Mo、0.99V、0.009 5N)和常用挤压轮钢4Cr5MoSiV(/%:0.42C、1.20Si、0.38Mn、5.04Cr、1.14Mo、0.85V、0.035 0N)由10 kg真空感应炉熔炼,并锻成Φ18 mm试验用棒材,然后经880℃1 h+720℃1 h球化退火,1 080℃15 min油淬,550℃2 h+530℃2 h两次回火处理。研究了两种钢主要析出碳化物形貌、尺寸,析出比例和分布以及对500次600℃-室温连续热疲劳性能的影响。结果表明,含5.04%Cr的4Cr5MoSiV常用钢的析出物中V₄C₃+VC占12%,并有26%Cr₂₃C₆析出,而开发的4Cr3.75MoSiV新型钢中有利于提高热疲劳性能的析出物V₄C₃+VC占31%,未发现Cr₃₃C₆析出物;4Cr5MoSiV钢热疲劳损伤因子3.18×10^-3,连续热疲劳试验表面裂纹比热疲劳损伤因子为1.77×10^-3的新型4Cr3.75MoSiV钢表面裂纹粗大。      

稀土元素Ce对409L不锈钢退火组织和热疲劳性能的影响

试验用409L不锈钢（/%:0.01 C,0.82~0.86Si,0.26Mn,0.002~0.006S,0.034~0.041P,11.44~11.51Cr,0.24~0.27Ti,0~0.09Ce）由10 kg真空感应炉熔炼,锻成30 mm×30 mm方坯,冷轧成2 mm钢板,1100℃ 5min退火。研究了Ce对409L钢900℃ 30min退火组织的影响和900℃-室温热疲劳性能的影响。结果表明,当钢中含0.03%Ce时409L钢退火晶粒细化,热疲劳性能最佳,当进一步增加Ce含量,退火晶粒粗化,钢的热疲劳性能逐渐降低。添加稀土元素Ce后,钢中TiN和TiN-Al₂O₃复合夹杂物基本消除,形成细小球形含Ce的钛氮复合夹杂物和含Ce的Al-O-Ti复合夹杂物,添加过多的Ce,使晶界夹杂物增加,降低热疲劳性能。     

Al、Ti、Nb微合金化对ZF7渗碳钢晶粒混晶的影响

研究了(/%)0.023Al_sol、0.035Al_sol、0.018～0.019Al_sol-0.012～0.014Ti和0.019～0.020Al_sol-0.031～0.032Nb微合金化对60 t BOF-LF-VD-300 mm×360 mm CC-连轧工艺生产的Φ120 mm ZF7渗碳钢(/%:0.18～0.20C、0.22～0.25Si、1.22～1.30Mn、0.008～0.016P、0.019～0.029S、1.19～1.25Cr、0.001 8～0.002 2B)930℃加热时晶粒度混晶的影响。结果表明,在930℃ 7.5 h热处理条件下,当Al_sol为0.035%时ZF7钢未发生混晶现象,当钢中(/%)0.023Al_sol或0.018～0.019Al_sol-0.012～0.014Ti或0.019～0.020Al_sol-0.031～0.032Nb微合金化时,ZF7钢均发生了混晶现象,说明钢中有足够的Al_sol含量是防止ZF7钢发生混晶的关键因素。      

Nb-Ti微合金化超低碳钢析出物热力学分析及对热塑性影响

建立了基于双亚点阵模型的 (Nb_xTi_1-x) (C_yN_1-y)复合热力学模型,并计算了1023~1623 K时Nb-Ti微合金化超低碳钢(/%:0.02C,0.12Si,1.70Mn,0.012P,0.004S,0.101Nb,0.009Ti,0.010Als)的析出相中各组分的摩尔分数、占位比以及析出顺序。通过Gleeble热模拟机、透射电镜和能谱分析仪研究了析出物对该钢230 mm铸坯热塑性的影响和验证所建立的热力学模型。结果表明,1523 K时,钢中Nb、Ti的固溶摩尔分数分别为5.4×10^-4和3.87×10^-5,降至1023 K时,Nb、Ti固溶含量趋于0。随温度降低析出物中Ti、N占位比逐渐下降,而Nb、C占位比逐步上升,析出物的演变顺序为Nb_0.315Ti_0.685C_0.02N_0.98 , (Nb_xTi_1-x) (C_yN_1-y) , Nb_0.85Ti_0.15C_0.71 N_0.29, 计算值与实验结果基本吻合。析出物尺寸小于60 nm,数量高于5个/μm²时,铸坯热塑性明显降低;1241 K钢的抗拉强度临界应力为63.8 MPa,裂纹易形成;同时,Gleeble试样断口处发现Al、Si、Mn、Nb、Ti在晶界处富集,碳氮化物引起空洞,应力作用下形成裂纹。因此连铸过程的铸坯矫直温度应≥1241 K。      

600 MPa级Nb-Ti微合金高强度钢的开发

开发的Nb-Ti微合金高强钢(/%:0.04C、0.34Si、1.40Mn、0.010P、0.004S、0.098Nb、0.020Ti、0.045Al、0.002 5N)由真空感应炉冶炼、50 kg钢锭40 mm锻造板坯经试验室单架轧机于1 200℃7道次轧制成10mm板,末道次压缩比≥15%,终轧温度880℃,喷水冷却至600℃,置于热处理炉600℃30 min,炉冷至室温,分别模拟层流冷却和卷取工艺。该钢经Gleeble 3500热模拟机试验得出,高温低塑性区为650～800℃和≥1 300℃。力学性能试验结果为下屈服强度R_el625～640 MPa,抗拉强度R_m705～710 MPa,伸长率18.0%～19.5%。所开发的钢具有碳当量低,焊接性能好,成本低等特点。     

水电站用800 MPa级低焊接裂纹敏感性高强钢板SX780CF的开发

通过设计成分(/%：0. 09C,0. 15Si,l. 15Mn,0. 58Ni,0. 47Cr,0. 44Mo,0. 033V,0. 022Nb,0. 0012B, 0.036Al,0.014Ti),控制熔炼分析N含量≤20x10^-6冶炼,钢锭最高加热温度≤ 1 200℃ 轧制、930℃淬火、610℃回火,开发出的60 mm厚SX780CF钢板屈服强度780 MPa,抗拉强度887 MPa,延伸率18% ,5%应变250 °C时效后 -20 ℃冲击功(KV₂) 203 - 210 J,满足水电站用800 MPa级低焊接裂纹敏感性高强钢技术要求。     

NM450D耐磨钢-Q235B碳钢复合板的轧制和热处理工艺对组织、性能的影响

10 mm NM450D低合金耐磨钢板(/%:0.22C,0.70Cr,1.50Mn,0.30Si,0.012Ti,0.030Nb)和10 mm Q235B碳钢板(/%:0.19C,0.25Mn,0.04Si)经表面处理和四角焊接成20 mm复合板,在180 mm二辊实验轧机上经1 150℃,60%压下率和930℃,30%压下率两次轧制成5.6 mm复合板,再经800~1 000℃淬火,250℃回火处理。结果表明,经900℃淬火+250℃回火的低合金耐磨钢-碳钢复合板的5.6 mm复合界面接触良好,Q235B钢组织为板条马氏体+铁素体和少部贝氏体和珠光体,NM450D钢组织为回火马氏体,其HV值为500,复合钢板抗剪强度为367 MPa,均达到标准要求。     

Nb-Ti微合金化高性能桥梁钢Q370qE-HPS铸坯700～1050℃的热塑性

利用Gleeble 1500D热模拟试验机,对开发的Q370qE-HPS高性能桥梁钢(/%:0.09C,0.36Si,1.33Mn,0.013P,0.004S,0.036Nb,0.015Ti,0.022Als,0.33CEV)230 mm×1 400 mm连铸坯进行700~1 050℃的热塑性试验研究。结果表明,Q370qE-HPS高性能桥梁钢800~1 050℃为高塑性区间,与传统正火工艺桥梁钢Q370qE(/%:0.14C,0.38Si,1.45Mn,0.012P,0.004S,0.028Nb,0.014Ti,0.023Als,0.38CEV)相比较,Q370qE-HPS钢高塑性的温度范围较大;700~800℃为低塑性区间,在此区间沿奥氏体晶界析出的铁素体膜使抗拉强度降低,尤其当晶界处存在Nb-Ti碳氮化物时,应力作用下容易产生裂纹和孔隙,从而使钢的热塑性降低。     

600 MPa低硅Nb-Ti微合金化优质3.5 mm热轧双相钢板的开发

通过真空感应炉熔炼和浇铸的50 kg锭锻成40 mm×150 mm坯和热轧成10 mm板以及热模拟试验研究了开发的低硅Nb-Ti微合金化双相钢(/%:0.082C,0.15Si,1.20Mn,0.010P,0.002S,0.020Nb,0.015Ti,0.045Al,0.0035N)静态和动态连续冷却转变(CCT)曲线、组织(11%马氏体+89%铁素体)和力学性能(抗拉强度682 MPa)。并通过铁水脱硫-260 t BOF-LF-RH-230 mm×1300 mm连铸-热轧工艺试制了低硅双相钢(/%:0.075C,0.15Si,1.16Mn,0.012P,0.003S,0.016Nb,0.015Ti,0.033Al,0.0043N)3.5mm板。结果表明,精轧出口温度810℃,水冷至700℃,空冷4.5 s,卷取温度150℃时,该钢的组织为15%马氏体+85%铁素体,晶粒度12~12.5级,抗拉强度672~692 MPa,伸长率24.0%~28.5%,屈强比0.65~0.67,钢板冲压成塑性能优良,制造的轿车轮辐弯曲疲劳性能15×10⁴次。     

Nb-V-Ti微合金化0.37C-1.45Mn非调质钢动态再结晶行为

借助Gleeble-3800热模拟实验机研究了真空感应炉熔炼,并锻成φ25 mm棒材的Nb-V-Ti微合金化0.37C-1.45Mn非调质钢(/%:0.37C,0.60Si,1.45Mn,0.025Nb,0.078V,0.017Ti)在950~1150℃,形变速率0.1~10 s^-1,形变量60%的单道次压缩的奥氏体动态再结晶过程。结果表明,Nb-V-Ti微合金化0.37C-1.45Mn钢形变温度越高,形变速率越低,则发生动态再结晶的形变储能越小,越容易发生动态再结晶。试验用钢因含有Nb而动态再结晶激活能较高,为Q_d=353.80 kJ/mol。     

直接淬火800 MPa低合金高强度钢板的开发

开发的20 mm低成本铌钛硼微合金化低碳钢板(/%:0.06C、0.40Si、1.60Mn、0.010P、0.005S、0.050Nb、0.012Ti、0.002B)的生产流程为130 t顶底复吹转炉-LF-RH-250 mm板坯连铸-4300轧机轧制-直接淬火-回火工艺。通过终轧≥900℃,以≥20℃/s冷却速度直接淬火,500℃回火,20 mm钢板抗拉强度R_m为855 MPa,屈服强度R_p 0.2771 MPa,延长率A 16%,0℃冲击功A_kv2 217～238J, -40℃ A_kv2 137～181J。该钢的回火组织为细小的贝氏体板条,宽度为0.5～1.0μm,并有较多弥散分布的30～90 nm Nb+Ti碳氮化物析出。     

耐候钢S355J2W的研发和工艺实践

研发的耐候钢S355J2W(/%:0.06~0.10C,0.20~0.40Si,1.00~1.30Mn,≤0.008S,≤0.020P,0.25~0.40Cu,0.30~0.55Cr,0.10~0.30Ni,0.020~0.040Nb,0.020~0.050Alt)的试生产流程为铁水-120 t顶底复吹转炉-LF-250 mm×2 000 mm板坯连铸-轧制≤16 mm板。通过采取控制转炉终点[C]≤0.05%,[P]≤0.015%,精炼时(FeO)+(MnO)≤1.5%,(SiO2)≤15%,精炼渣碱度≥3.0,[Al]s≥0.025%,按Ca/Al=0.06~0.12,喂入钙线,连铸时采用耐候钢专用保护渣[主要成分/%:34.0CaO,28.0SiO₂,4.6Al₂O₃,≤6(Li₂O+B₂O₃)],控制开坯温度1 010~1 060℃等工艺措施,≤16 mm耐候钢S355J2W成品板铝含量为0.025%~0.035%,钢中平均氧含量为21×10^-6,平均氮含量为31×10^-6,钢中非金属夹杂物的尺寸基本≤14μm,各项冶金质量指标合乎要求。     

冷轧变形率对超纯铁素体不锈钢Cr22Mo织构和成形性能的影响

试验研究的Cr22Mo钢(/%:0.005C,0.40Si,0.20Mn,0.020P,0.010S,22.0Cr,1.0Mo,0.41Cu,0.14Nb,0.19Ti,0.0120N)经90 t BOF-VOD-LF-200 mm板坯连铸-热轧成5.0 mm板-退火并冷轧成1.5～0.5 mm板,冷轧变形率为70%～90%,冷轧板经1000℃退火。利用光学显微镜、X-射线衍射仪(XRD)和万能拉伸试验机研究了冷轧变形率对Cr22Mo钢组织、织构和力学性能的影响。结果显示,随着冷轧变形率的增大,冷轧和冷轧退火板的组织细化,再结晶织构{111}<112>强度增加,平均塑性应变比(r)值增加,平面各向异性△r值降低,冷轧压下率的增大显著改善了Cr22Mo钢冷轧退火薄板的成形性能。     

汽车用高强度钢CR1030/1300MS连铸板坯的热塑性

试验用CR1030/1300MS钢236 mm×1 350 mm连铸板坯(/%:0.13C,0.26Si,1.53Mn,0.011P,0.002S,0.31Cr,0.047Als,0.029Nb,0.032Ti,0.002 5B,0.003 2N)的工艺流程为260 t BOF-LF-RH-CC。采用Gleeble3500热模拟试验机测试了试验板坯650～1 300℃的热塑性曲线,并分析了高温拉伸试样断口组织。试验结果得出,试验钢两个脆性区为熔点～1 120℃和800～650℃在1 120-800℃呈现良好的塑性,断面收缩率均在85%以上。900℃断口属于穿晶韧性断裂,700℃为韧性和沿晶断裂。1 250℃和900℃近断口组织均为马氏体,温度升高马氏体板条更粗大。750℃原奥氏体晶界出现先共析铁素体是产生裂纹的根本原因。1 120～800℃进行矫直可防止铸坯产生裂纹。     

氩气流量、渣系和加Al粉对1Cr21Ni5Ti钢保护气氛重熔锭[Ti]的影响

生产试验了氩气流量（15~45 L/min）,三元（/%:63CaF₂,27Al₂O₃,10CaO）、四元（/%:53CaF₂,22Al₂O₃,20CaO,5MgO）和五元（/%:50CaF₂,22Al₂O₃,20CaO,5MgO,3TiO₂）渣系和重熔过程加Al粉对3 t保护气氛重熔1Cr21Ni5Ti钢锭[/%:0.09~0.14C,≤0.80Mn,≤0.80Si,≤0.025S,≤0.035P,4.8~5.8Ni,20~22Cr,5×（C-0.02~ 0.65Ti]中[Ti]的影响。结果表明,增加氩气流量,采用五元渣系和重熔过程均匀加入Al粉可使重熔锭平均钛的烧损△[Ti]≤0.15%。采用优化工艺在6 t保护气氛电渣炉,填充比0.58,电流12 500~13 500 A,电压40~43 V,,氩气流量30 L/min,重熔1Cr21Ni5Ti钢的结果表明,电渣锭成分稳定,C含量0.090%~0.091%;Ti含量0.46%~0.52%。      

Nb-Ti微合金化对热轧0.5~0.7Cr铲斗刀板型钢组织和性能的影响

试验0.5~0.7Cr铲斗刀板型钢（/%:0.22~0.30C,0.25~0.45Si,0.95~1.20Mn,0.006~0.009P,0.008~0.010S,0.5~0.7Cr,0.015~0.065Nb,0~0.040Ti）由50kg真空感应炉熔炼,热轧成16mm厚板,终轧温度850~900℃,空冷。通过光学显微镜、扫描、透射电镜和力学性能测试研究了Nb-Ti含量（0.015Nb,0.035Nb-0.010Ti,0.065Nb-0.040Ti）对热轧态铲斗刀板钢组织和力学性能的影响。结果表明,试验钢组织为F+P,随Nb-Ti含量增加,钢板的晶粒细化,珠光体片层间距降低,（Nb,Ti）C和（Nb,Ti）(C,N)析出物增多,强度增加,0.065Nb-0.040Ti钢板的力学性能为屈服强度632MPa,抗拉强度916MPa,延伸率17.7%,K_AV40 J,HB硬度值234。     

铜含量对深冲用304J1奥氏体不锈钢力学性能的影响

试验用304J1奥氏体不锈钢(/%:≤0.08C、≤1.70Si、≤3.00Mn、15～18Cr、6～9Ni、1～3Cu)经10kg真空感应炉熔炼,锻成Φ40 mm钢棒,并经1080℃10 min,固溶处理、水冷。试验研究了0.05%～2.52%Cu对试验钢(/%:0.054～0.068C、0.45～0.63Si、1.82～1.95Mn、17.26～17.62Cr、6.42～6.49Ni)力学性能的影响,并对比分析了试验钢304J1和304DDQ深冲钢(/%:0.04C、0.32Si、1.17Mn、18.11Cr、8.66Ni)的30%冷变形产生50%马氏体的温度-冷加工诱变马氏体转变点M_d30,堆垛层错能和深冲杯凸(CUP)值:得出将304J1钢铜含量目标成分设定为1.50%时,室温力学性能、冷加工塑性、深冲性能及经济性的匹配性最佳。工业生产表明,1.50%Cu 304J1钢0.27 mm板的深冲值≥13 mm与304DDQ钢相当。     

含钛低碳钢LF精炼渣的优化

含钛低碳钢(/%:0.05~0.10C、0.70~0.95Si、1.45~1.65Mn、≤0.025P、≤0.025S、0.10~0.20Ti)的生产流程为高炉铁水-35 t LD-LF-150 mm×150 mm连铸工艺。用少量铝脱氧的含钛低碳钢,由于LF精炼渣(/%:55~59CaO、21.9~26.5SiO₂、9.4~14.3Al₂O₃)中Al₂O₃含量较高,使LF精炼过程中钢水铝含量增加和20 t中间包水口结瘤,影响连铸顺行。在热力学计算的基础上,优化了冶炼工艺,转炉出钢不加铝锰铁,使用低铝硅铁代替普通硅铁,精炼渣不加高铝矾土,优化精炼渣成分(/%:56.1~65.6CaO、19.3~27.2SiO₂、5.1~9.1Al₂O₃),钢水中Al含量由0.007%~0.018%降至0.001%~0.009%,有效减少中间包水口结瘤的发生。连浇炉数由原来的3~6炉提高到9~16炉。