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超低碳贝氏体钢中常用的合金元素

来源:百乐汇电玩游戏中心   发表时间:2015/4/22 14:04:31
简要概述:超低碳贝氏体钢中常用的合金元素

 超低碳贝氏体钢中常用的合金元素有C、Si、Mn、Mo、Nb、Ti、B、Cu、Ni等,根据鞍钢Q460C高强板生产设备及工艺条件,考虑生产产品的经济性,结合500N/mm2级别性能目标,设计该强度级别厚板化学成分的思路如下:
(1)C:碳对钢的强度、韧性、焊接性能和冶炼成本影响很大。C低于0.04%则需要采用真空精炼;C高于0.08%,则生成组织中贝氏体组织减少并出现珠光体组织,使强度、伸长率和韧性下降,最适宜的区间在0.03%~0.08%。
(2)Mn:锰是提高强度和韧性的有效元素,对贝氏体转变有较大的促进作用,在超低碳条件下效果更为显著,而且成本十分低廉,因此在500N/mm2级别厚板中把Mn元素作为主要添加元素之一。
(3)B:硼元素是超低碳贝氏体钢中重要的成分,它能够提高Q460C高强板钢的淬透性,加入极微量的B就会有明显的效果,显著推迟奥氏体向铁素体、珠光体的转变,当有Nb同时存在时,B的作用更加突出。当B含量低于0.0005%时,提高淬透性的效果不大;当B的含量为0.001%时,就会使钢的组织全部转变为贝氏体;高达0.003%时,淬透性达到饱和,此时会有Fe23(CB)6的析出;高于0.003%,淬透性下降,钢的韧性恶化,且会形成低熔点共晶体,集中于晶粒的边界,这将引起热脆性,增加热压力加工困难。
(4)Nb:铌是超低碳贝氏体钢中的重要添加元素,它能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶,阻止奥氏体晶粒长大,提高奥氏体再结晶温度,细化晶粒,同时改善强度和韧性;它与微量的B元素复合作用,可以显著地提高淬透性,促进贝氏体转变,时效析出强化。随着Nb在钢中的溶解度增大,形成贝氏体的趋势增大。
(5)Ti:加入微量的钛,是为了固定钢中的氮元素,从而确保B元素的提高淬透性效果。B与O、N的亲合力较大,如果加入的微量B与钢中的O、N起作用,B的促进贝氏体转变的作用将消失。因此,必须将钢中气体尽量降低,加入足够量的Al、Ti进行完全脱氧和固氮,才能充分发挥B的有效作用。在最佳状态下,Ti、N元素形成氮化钛,阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大,改善母材和焊接热影响区的韧性。Ti低于0.005%时,固氮效果差,超过0.03%时,固氮效果达到饱和,过剩的Ti将会使钢的韧性恶化。当钢中的Ti、N原子之比为1∶1时,TiN粒子最为细小且分布弥散,对高温奥氏体晶粒的细化作用最强,不仅可获得优良的韧性,而且能够实现大线能量焊接。此时相应于Ti、N重量之比为3.42。
(6)Si:硅是炼钢脱氧的必要元素,也具有一定的固溶强化作用,当低于0.05%时,难于获得充分的脱氧效果;超过0.6%时,钢的清洁度下降,韧性降低,可焊性差。
(7)Al:铝是脱氧元素,可作为AlN形成元素,有效地细化晶粒,其含量不足0.01%时,效果较小;超过0.07%时,脱氧作用达到饱和;再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。
(8)Cu:铜不仅对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响,又可使母材的强度提高,并使低温韧性大大提高,还可提高耐蚀性。在超低碳贝氏体钢中加入Cu,可利用Cu-B的综合作用,来进一步提高钢的淬透性,促进贝氏体的形成。但Cu含量高时钢坯加热或热轧时易产生裂纹,恶化钢板表面性能,故必须添加适量的Ni以阻止这种裂纹的产生。
(9)Ni:镍对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响,又可使母材的强度提高,并使低温韧性大大提高。其为贵重元素,导致钢的成本大幅度上升,经济性差。在500N/mm2级别中添加Ni元素的目的主要是阻止含Cu量高的钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向。
(10)钢中的杂质元素的上限控制在P≤0.02%,S≤0.01%,以提高钢的韧性。控制N≤0.006%,以避免形成B的氮化物,使B的淬透性失效。
  最终试制该级别厚板的化学成分范围控制其Ceq≤0.40%,Pcm≤0.20%。
2600N/mm2级别煤矿机械、工程机械用含Nb贝氏体型厚板
  600N/mm2级别成分设计
  600N/mm2级别成分设计思路与500N/mm2级别厚板化学成分的设计依据相似,使用超低碳贝氏体钢的常用化学元素C、Si、Mn、Mo、Nb、Ti、B、Cu、Ni等,只是各元素含量不尽相同。尤其为了充分利用Nb元素对贝氏体相变的促进作用、晶粒细化作用和沉淀强化作用,将Nb元素的目标含量提高到最初的1.5倍,效果十分良好。调整成分后,不但性能完全能够满足用户要求,而且大大降低了其合金成本。
  Nb在600N/mm2级别钢连铸坯加热过程中的变化规律
  在轧前加热过程中,连铸坯凝固过程中析出的Nb的碳氮化物最终将发生溶解,重新固溶于奥氏体中。为了研究600N/mm2级别连铸钢坯在不同加热制度下,钢中Nb的碳氮化物的溶解析出行为,在实验室进行了模拟加热试验。模拟加热试验工艺参照鞍钢厚板厂加热炉的加热过程制定,加热升温速度0.08~0.12℃/s,均热时间60min,整个加热过程约240min,选择了950~1150℃温度区间进行试验,设备采用大功率电阻加热炉。
  模拟加热试验结束后,立即在水中进行淬火,然后采用化学分析方法进行析出物数量检验。结果表明,随着加热温度由1030℃升高到1150℃,钢中的固溶Nb升高到95%左右,析出Nb仅仅占5%左右。但是,在加热温度为1030℃时,钢中的固溶Nb、析出Nb与未经过加热的连铸坯中固溶Nb、析出Nb处于同等水平。该钢种连铸坯在1030℃以下加热时,连铸坯中会先发生Nb的析出,其固溶Nb逐渐减少,当加热温度逐渐升高到某一温度后,开始阶段析出的Nb又逐渐回溶,使钢中的固溶Nb含量又逐渐升高。

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