铌元素对普碳钢热轧组织性能的影响.pdf

总第158期
山西冶金
Total 158
2015年第6期
SHANXI METALLURGY
No.6,2015
试(实)验研究
DOI:10.16525/,cnki,cnl4-1167/f.2015.06.10
铌元素对普碳钢热轧组织性能的影响
白日普
(山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心,山西太原030003)
摘要:在普碳钢Q235中加入少量Nb元素,以控制轧制方式生产不同厚度的热轧钢板。对其力学性能、金相
组织和精细结构进行測试和观察,结果显示:Nb元素通过细化组织和析出强化机制可大大提高钢的强度;尤其
是对厚度较大的钢板,这种作用显得非常重要。
关键词:热轧钢板Nb元素组织结构性能
中图分类号:TG142.41
文献标识码:A
文章编号:1672-1152(2015)06-0029-02
提高材料的强度有多种方法1,而如何使用少1.2实验方法
量的合金生产高强度的钢板,即用低合金或微量合金
用金相显微镜观察轧态钢板的金相组织,并用
化制造出高合金同等强度的材料是为了适应现代工.H-800型透射电镜观察显微组织及结构。金相腐蚀
业的发展而提出的环境友好型的工艺方法之一。同剂选用V(HNO,)=4%的硝酸酒精溶液。透射电镜试
时,金属结构轻型化、可靠性高、生产成本低,均是现样制备:先将要观察的试样用线切割切成约1mm
代钢铁材料生产工艺考虑的因素。众所周知,细化钢厚的薄片,然后在金相砂纸上将其手工磨制至小于
铁材料的组织,是提高其强度且不降低其韧性的最有0.1mm,再在双喷电解装置上减薄穿孔。所用电解双
效的手段。利用元素铌在热变形钢中显著延迟再结晶喷液为高氯酸钾的乙醇溶液(V(KCIO)=5%)。双喷
的晶粒细化效应和碳、氮化合物的析出强化作用,能薄化时,工作电压为45V,工作电流为50mA,工作
够将普通低碳钢的强度提高到较高的水平,可获得较温度大约233K
好的强塑性配合,以这种低碳钢代替加入较多合金2实验结果
元素的固溶强化或组织强化钢,很有发展前景。
2.1生产工艺及力学性能(见表2)
1实验材料及方法
表2研究用低合金钢采用的控轧控冷工艺及相应力学性能
1.1实验材料
板网终温卷板温届服强度,抗拉强
编im度C「度/ C o/Mpa度,oMP率,(d15
实验材料为太钢生产的不同化学成分的普通低
6/%180℃
碳钢,分为不加铌、加入不同含量的铌轧制的不同厚
1140865583365
47032.0完好
24.0884
583
450
56530.0完好
度的低碳钢,其化学成分见表1
315.8832540
460
54530.0完好
表1研究用钢的化学成分
%
45.8
540
475
55310完好
编号ao( C)u(Si)u(Mn)w(P)「x(S)w(AD)1vNb)
7.8836481
450
56029.5「完好
0.160.230.440.00810.0070.02
67.8841
562
460
555129.0完好
2
0.160.210.310.000.0070.010.012
2.2金相组织
310.1701910.4310.01010.0070040012
图1-图6给出了表2中1号6号钢的金相
4
0.200.200.440.0100.005
I oo
030.014
组织
510.1910.2810.6210.01410.00710.0510025
60.170280460.0110.0100.1010.025
收稿日期:2015-11-12
作者简介:白日普(1969-),男,主要从事合金钢及低合钢的
研究工作,工程师。E- mail: bair@
tisco. com. cn
图11号钢金相组织400×图22号钢金相组织400
30
山西冶金
第38卷
E-mail:sxyjbjb(@126.com
中含量的提高,基体上的颗粒析出物似乎也在增
多,也必然起到提高钢强度的作用
为了清晰地说明钢的这种强度和组织的变化,
对加铌和不加铌的钢取样进行透射电镜观察,如图
7图10所示。
图33号钢金相组织400×图44号钢金相组织400x
图71号钢P形貌12000×图84号钢P形貌20000
图55号钢金相组织400×图66号钢金相组织400
3实验结果讨论
在固溶强化、相变强化、位错强化、析出强化等
钢材的诸多强化手段中,大多数在提高钢铁材料强
度的同时,必然降低塑性及韧性,而唯独细晶强化可
以在提高材料强度的同时,不降低塑性且提高材料图96号钢碳化物析出形貌图106号钢碳化物钉扎
的韧性,所以细晶强化是钢铁材料极为重要的强
(暗场)40000
位错40000
化方式。这是因为晶粒细化产生了更多的晶界,而晶
由TEM图精细结构可见:1号钢的珠光体片层
界两边的晶粒取向不同且无规律,此处的原子排列较粗(见图7);而加入后珠光体片层细化(见图8)
相当紊乱。因此,当塑性变形从一个晶粒传播到相邻在加入Nb的钢组织中,均可以看到在铁素体基体上
晶粒时,由于晶界阻力大,穿过晶界就变得比较困析出了许多均匀、弥散、细小的碳化物颗粒(见图9),
难。另外,穿过晶界后滑移方向或裂纹扩展方向又要并且这种碳化物对钢中的位错有强烈的钉扎作用(见
发生改变。和晶内的变形及裂纹扩展相比,这种既要图10)。这就证明,加入强碳化物形成元素Nb的钢,
穿过晶界、又要改变方向的变形及裂纹扩展要消耗在控制轧制过程中通过特殊碳化物的溶解与析出,起
很大的能量。所以晶粒越细小,消耗的能量越大,钢到阻碍奥氏体晶粒长大和细化铁素体晶粒,也有细化
的强度越高。因此,要设法获得细小而均匀的晶粒组珠光体片层的作用。同时,沉淀析出强化的作用和钉
织,使材料具有较好的综合机械性能,就是解决如何扎位错作用提高钢的强度也是非常显著的。
将钢的晶粒细化的问题。
4结论
在轧制普碳钢时,钢的高温动态再结晶非常快,
1)在普碳钢中加入観和不加铌,通过控制轧制
故获得细小的铁素体晶粒比较困难。而钢中加入観其基体组织为铁素体和珠光体;但加铌生产的钢板
元素后,由于可将钢的未再结晶温度区提高到950铁素体晶粒得到的细化且珠光体片层较细而不含铌
℃左右,通过获得较细的奥氏体组织和相变形核的钢晶粒较粗。
位置而使铁素体组织充分细化;另一方面,由于的
2)加铌钢铁素体基体上分布有大量细小、弥散
存在必然使碳、氮化铌从铁素体中析出,从而起到对的碳化物,起到强化钢的作用。
钢的强化作用。
3)加铌钢通过细晶强化、沉淀强化和位错钉扎
由图1-图6、表2可见,钢在轧制后,组织基本的综合作用大大提高了钢的强度。
为铁素体+珠光体,只是晶粒大小及均匀程度不同。
参考文献
1号钢不含铌,表现为强度低,铁素体晶粒较大:其1翁字庆,孔令航,王国栋、等超细品钢一钢的组织细化理论与
他的钢通过加入了合金元素Nb,特征是铁素体组织
控制轧制