低碳钢时效现象剖析.doc

低碳钢时效现象剖析 李玲 摘要：为了解决时效影响冷轧产品性能这一问题，从时效条件，时效影响因素，时效引起的产品性能变化等方面进行了分析，并结合宝钢生产实际，提出了解决时效问题的一些方法． 关键词：低碳钢；时效；性能 Analysis of aging phenomenon of low carbon steel LI Ling (Cold Rolling Dept., Baoshan Iron & Steel (Group)Co., Shanghai 200941, China) Abstract:In order to resolve the problem of products properties affected by aging, the condition of aging, the influence factors on aging and the changing of product properties by aging, etc., are analyzed. Combining with Baogang practical production, some technical measures are put forward. Keywords:low carbon steel; age; property 1　前言 　　时效现象一直影响着宝钢冷轧产品的质量．如2030mm冷轧机生产的汽车板在成型加工后，有时表面会出现橘皮缺陷，使用油漆也难以遮盖．通过对样板进行试验分析，发现了明显的因时效产生的屈服平台．1420mm冷轧机生产的镀锡板也存在类似情况，镀锡板经涂漆，约250℃温度烘烤之后，进行卷取和胀形加工，有的板面出现了类似于吕德斯带状的线条． 　　据统计，1998年1～8月，因橘皮缺陷同题，宝钢累计赔偿金额达260多万元．为了尽量减少不良影响及损失，宝钢冷轧部进行了调查研究，提出了生产改进方法，如调整平整压下率等，但效果并不很理想．为此，从时效产生原因入手，进行了分析，同时也以问题提出的方式，希望得到前工序及相关方面的支持，使问题最终得到解决． 2　时效的条件 　　钢材经固溶处理后急冷至时效温度时，合金元素（含C）处于过饱和状态，此时如仍具有扩散能力，则随着时间的延长，钢材中的合金元素会从固溶体中脱溶（或沉淀），即时效．发生时效应具备以下条件： 　　（1）对合金元素具有一定的溶解度； 　　（2）溶解度随温度的降低而减小； 　　（3）高温固溶的合金元素，急冷后成为过饱和状态； 　　（4）在低温状态下，合金元素仍有一定的扩散速度． 3　影响时效的因素 　　（1）碳：氮元素的影响 　　钢中固溶的间隙元素碳、氮是引起时效的基本元素，碳、氮原子在室温状态下均有扩散能力，因而，由于急冷造成过饱和固溶而处于不平衡状态时，必将引起时效现象．淬火时效主要是由于碳氮化物的弥散析出，而形变时效是碳氮原子在位错附近的聚集，对位错起钉扎作用的结果． 　　（2）加热温度的影响 　　加热温度越高，固溶体中过饱和的碳、氮越多，时效后性能的变化也越显著．含碳0.044%的铁时效后的力学性能变化如表1所示． 表1　不同淬火温度对室温时效后铁的力学性能的影响 加热温度/℃ 状　态 硬度HB σb/MPa δ/% 600 冷却后 119 392.0 25.0 经28昼夜分散硬化后 172 539.0 13.0 700 冷却后 121 395.0 27.5 经28昼夜分散硬化后 185 361.5 14.0 　　（3）冷加工变形量对形变时效的影响 　　冷加工变形量越大，材料的位错密度越大，碳、氮原子越易偏聚于位错周围形成柯氏气团，形变时效的效果也越显著． 4　时效引起的性能变化 　　图1为淬火低碳钢时效硬化曲线．随时效时间的增长，硬度增高，达到最大值后又逐渐下降．从图中可看出，在室温时效时，约从10h起硬度才开始明显上升，至1000h达到最大值．随着时效温度的增加，时效速度加快，如在100℃人工时效，1min就显出硬度的增高，50min达到最高值，时间再延长，硬度反而下降． 图1　低碳钢q
0.06%Cq
的时效硬化曲线 　　硬度的最高值变化还随时效温度而改变，40℃以下，时效温度与最高温度呈直线关系；60℃以上时效时，时效温度越高，最大硬度值反而下降．此外，时效还使钢的强度增高，塑性和韧性降低． 5　解决方法 　　生产中大致可以采用以下几种方法来避免时效的有害影响： 　　（1）在平整或拉矫处理消除物理屈服现象后及时进行冲压； 　　（2）如不能及时冲压，应将小变形量辊轧后的钢板储存在低温状态下，以抑制或缩短时效过程． 　　（3）改用镇静钢制造钢板，并将钢板冷轧后再经稳定化处理，以减小钢板的时效敏感性． 　　实践证明，经退火后的钢板，在冲压加工以前进行平整（平整量为0.8%～1.5%）可以消除物理屈服现象，但这种物理屈服的消除是暂时的，经过一段时间后，屈服现象又会重新出现，如前面举例的镀锡板，尽管进行小变形量的加工（卷取、胀形）是在有效期内进行，但时效现象还是照常发生．其主要原因是，250℃是低碳钢的脆化温度，此温度下材料的时效将会提前出现．因此，有效的方法是改善钢板的化学成分，提高各种微量合金元素含量的控制精度（主要是碳、氮元素），控制其合适的碳、氮成分比．目前，尚未摸索出最为恰当的成分比，因而宝钢冷轧厂通过采用小变形量暂时克服屈服现象．同时，参比国外同类优质产品，逐步摸索恰当的碳、氮成分比，并提高生产中的控制精度．今后时效会得到进一步控制． 作者简介：李玲（1974～　　），女（汉族），江苏昆山人，助理工程师，（021）56648648-2965． 作者单位：宝山钢铁（集团）公司冷轧部，上海200941