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现代合金钢的重大进展

发布时间:2024-07-06    浏览次数:

  

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  重大进展

  

  自20世纪70年代以来,世界范围内低合金高强度钢的发展进入了一个全新时期合金钢丸,以控制轧制技术和微合金化的冶金学为基础,形成了现代低合金高强度钢即微合金化钢的新概念。进入80年代,一个涉及广泛工业领域和专用材料门类的品种开发,借助于冶金工艺技术方面的成就达到了顶峰。在钢的化学成分—工艺—组织—性能的四位一体的关系中,次突出了钢的组织和微观精细结构的主导地位,也表明低合金钢的基础研究已趋于成熟,以****的新的概念进行合金设计。

  

  主要表现

  

  ⑴微合金化钢基础研究的新成就。

  

  ***先,对微合金化元素,尤其是Nb、V、Ti、及Al的溶解一析出行为的研究取得显著的成果,这些元素的碳化物和氮化物的形成及其数量、尺寸、分布取决于冷却过程的形变温度和形变量,而加热过程中碳、氮化物的存在及其特性表现在回火的二次硬化、正火的晶粒重结晶细化合金钢企业黄页、焊接热循环作用下晶粒尺寸的控制3个主要方面。

  

  其二、重视含Nb微合金化钢、Nb-V和Nb-Ti复合微合金钢的开发合金钢球,据统计几乎占有近20年来新开发微合金化钢全部牌号的75%和微合金化钢总产量的60%。近几年注意到了微量Ti(≤0.015%)十分有益的作用,Ti的微处理不仅改变钢中硫化物的形态,而且TiO2或Ti2O3成为奥氏体晶内铁素体晶粒生核的质点合金钢热处理工艺,Nb-Ti复合微合金化构成超深冲汽车板IF钢的冶金基础,还显著改善了Nb钢连铸的裂纹敏感性。

  

  其三,对低碳钢强化的Hall-Petch关系式进行了系统总结,对加速冷却原理作了更深入的研究。人们十分有兴趣采用分阶段加速冷却工艺的应用,前期加速冷却用于抑制铁素体转变,后期加速冷却目的在于控制中、低温产物的晶粒尺寸和精细结构的组成,从而达到在较宽范围内调整钢的强度和强度/韧性匹配。

  

  350MPa级高强度钢:微合金化+热机械处理合金结构钢,机制为晶粒细化+析出强度。

  

  500MPa级高强度钢:铁素铁+贝氏体、马氏体,强化机制为晶粒细化、并晶界强化和位错强化。

  

  700MPa级高强度钢:淬火回火组织,机制为相变强化+析出强化。

  

  ⑵工艺技术的进步

  

  顶底复吹转炉冶炼,钢的碳含量可控制在0.02~0.03%,精炼的应用可生产出碳含量在0.002~0.003%,杂质含量达到<0.001%S、<0.003%P、<0.003%N,2~3ppm[0]和<1ppm[H]的洁净钢。

  

  连铸的成功经验是低的过热度、缓流浇注和适宜的二次冷却,采用低频率、高质量的电磁搅拌,可以得到均匀的等轴的凝固区。

  

  在再结晶控轧的基础上,应变诱导相变和析出的非再结晶控轧,以及(g+a)两相区形变,已成为目前控轧厚钢板生产主要方向。薄板坯连铸连轧流程和薄带连铸工艺的实用化,使低合金钢生产进入了又一个新境界。

  

  ⑶低合金钢合金设计新观点

  

  ***先是钢的低碳化和超低碳趋势,例如60年代X60级管线钢碳含量为0.19%,70年代为0.10%,80年即使X70和X80级管线钢碳含量降至0.03%以下。

  

  根据微合金化元素在钢中的基本作用和次生作用,提出了“奥氏体调节”的概念,有意识地控制加入微合金化元素,使钢适于一定的热机械处理工艺,以发展新的性能更好的钢种。

  

  传统控制轧制的合金设计:微合金化的重要目的是提高再结晶停止温度,利用非再结晶区的形变诱导相变和析出,Nb是理想的微合金化元素。

  

  再结晶控制轧制的合金设计:它的目的是尽量降低再结晶停止温度,并形成阻碍晶粒粗化的系统。其中一种办法是以TiN为晶粒粗化阻止剂,以V(CN)作为铁素体强化。另一种方案是Nb-Mo的微合金化,具有较宽阔的可以加工的窗口。这种工艺特别适合于不能进行低温轧制的低功率的老旧轧机生产。

  

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