1、 第 41卷 第 9期 2006年 9月鋼 鐵Iron and Steel Vol. 41, No. 9September 2006硼微合金化對(duì) SPH C 鋼組織、 析出物以及屈服強(qiáng)度的影響范鼎東 1,2, 張建平 1, 肖麗俊 2, 郭亞東 2(1. 馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一軋鋼總廠 , 安徽 馬鞍山 243000; 2. 鋼鐵研究總院連鑄中心 , 北京 100081摘 要 :研究了加硼后對(duì)薄板坯連鑄連軋 (TSCR 流程生產(chǎn)的 SP HC 熱軋鋼帶力學(xué)性能的影響 , 發(fā)現(xiàn)加 B 后熱軋 鋼帶在線檢測(cè)的平均屈服強(qiáng)度為 284MPa , 經(jīng) 48h 時(shí)效后 , 屈服強(qiáng)度降低至 248MPa

2、 , 冷軋開卷前屈服強(qiáng)度降低至230MPa , 在相同生產(chǎn)工藝條件下加 B 后屈服強(qiáng)度降低約 40MPa 。關(guān)鍵詞 :硼微合金化 ; 薄板坯連鑄連軋 ; 力學(xué)性能中圖分類號(hào) :T G142. 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :0449749X ( E ffect of Boron Micro 2, PrecipitatesC SteelFAN 2,2, G 2ping 1, XIAO Li 2jun 2, GUO Ya 2do ng 2(1. The First , Ma anshan Iron and Steel C o Ltd , Ma anshan 243000, Anhui , Chi

3、na ; 2. Engineeringand for C ontinuous Casting , Central Iron and Steel Research Institute , Beijing 100081,China Abstract :The effects of boron micro 2alloying on mechanical properties of SP HC (Steel Plate Heat Commercial steel produced by thin slab casting and rolling (TSCR line were investigated

4、. The results showed that the on 2line meas 2ured average yield strength of boron 2bearing hot strip s was 284MPa , and reduced to 248MPa and 230MPa respec 2tively after 48h aging and before cold rolling. Thus under the same production conditions , the yield strength of bo 2ron 2bearing steel is abo

5、ut 40MPa less than that of B 2f ree steel.K ey w ords :boron micro 2alloying ; thin slab casting and rolling ; mechanical property作者簡介 :范鼎東 (19632 , 男 , 博士生 , 教授級(jí)高級(jí)工程師 ; E 2m ail :ygfdd . cn ; 修訂日期 :2006202227 目前薄板坯連鑄連軋 (TSCR 生產(chǎn)低碳鋁鎮(zhèn)靜 鋼普遍存在組織細(xì)化 、 強(qiáng)度偏高的現(xiàn)象 , 而國內(nèi) TSCR 生產(chǎn)線配備的冷軋機(jī)組所需冷軋基料 , 以及 汽車行業(yè)需要 “ 以熱代冷

6、” 的軟鋼產(chǎn)品 , 要求熱軋卷 屈服強(qiáng)度降低 , 因此 , 粗化晶粒 、 降低強(qiáng)度是本領(lǐng)域 的一個(gè)新方向 。國外對(duì)用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)加硼低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼已進(jìn) 行了很多的研究 13, 發(fā)現(xiàn)由于 B 可以在高溫下優(yōu) 先析出粗大的 BN 顆粒從而抑制細(xì)小 AlN 的析出 , 減弱了細(xì)小 AlN 對(duì)晶界的釘扎作用 , 提高了晶粒的 生長能力 , 同時(shí)還有一部分固溶 B 偏聚在奧氏體晶 界抑制了鐵素體形核 , 降低了鐵素體的形核率 , 從而 導(dǎo)致了熱軋鋼帶晶粒粗化 、 屈服強(qiáng)度降低 。 文獻(xiàn) 4, 5的作者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬 TSCR 流程生產(chǎn)加 B低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼 , 也取得了很好的使用效果 。筆者通過馬鋼 TSC

7、R 流程生產(chǎn) SP HC 加 B 熱軋鋼帶的工業(yè)試驗(yàn) , 研究了 B 對(duì)熱軋鋼帶顯微組 織 、 析出物的影響 , 對(duì)比研究了加 B 與不加 B 熱軋 板卷在時(shí)效過程中不同階段力學(xué)性能的變化 。1 研究材料與方法 選擇市場(chǎng)用量較大的典型鋼種 SP HC 作為研 究對(duì)象 , 其化學(xué)成分見表 1。通過進(jìn)行硼的微合金 化 , 對(duì)比分析硼微合金化后材料性能的變化 。工業(yè)化試驗(yàn)在馬鋼 120t 轉(zhuǎn)爐 2CSP 流程 (圖 1 進(jìn)行 , 試驗(yàn)采取在煉鋼過程進(jìn)行硼的微合金化 , 然后 進(jìn)行連鑄連軋的工藝過程 。重點(diǎn)對(duì) C 、 Si 、 N 、 Al 、 B 等元素進(jìn)行控制與檢測(cè) ; 對(duì)熱軋卷和時(shí)效后的熱軋 卷

8、取樣進(jìn)行力學(xué)性能 、 晶粒度 、 析出物等分析 。 一共 在馬鋼試驗(yàn) 110爐 。表 1 SPHC 鋼的化學(xué)成分T able 1 Chemical composition of SPH C steel%項(xiàng)目w (C w (Si w (Mn w (P w (S w (Al s w (B J IS 標(biāo)準(zhǔn) 0. 07- 0. 60 0. 050 0. 050-內(nèi)控 0. 07 0. 050. 150. 30 0. 02 0. 010. 020. 050. 0010. 005 第 9期 范鼎東等 :硼微合金化對(duì) SP HC 鋼組織 、析出物以及屈服強(qiáng)度的影響 圖 1 馬鋼 CSP 生產(chǎn)線示意圖Fig.

9、 1 Schem atic of TSCR production line at Ma Steel表 2 馬鋼某澆次 20T able 2 Chemical composition control of boron 2a 20heats%項(xiàng)目w (C w (Si w (Mn (S w (Al t w (Al s w (Ca 最大 0. 050. 0580. 0. 00. 0530. 0510. 0059最小 0. 0280. 015160. 00210. 0250. 0240. 0024平均0. 0380. 0090. 00690. 0370. 0340. 00372 2. 1 成分控制SP

10、HC 鋼的硼微合金化使用復(fù)合軟鋼合金 , 在 L F 精煉工序進(jìn)行 , 主要元素含量不變 , 微合金化生產(chǎn)工藝與 B 的收得率已經(jīng)基本保持穩(wěn)定 , 馬鋼 2005年 4月份連續(xù)生產(chǎn) 20爐鋼的成分見表 2。該鋼成 分控制的特點(diǎn)是 :由于 C 、 Si 增加屈服強(qiáng)度 , 其含量 嚴(yán)格控制在下限 ;B 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 0. 001%0. 005%。氣體 O 、 N 含量是 SP HC 鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵 , 氣體 含量高時(shí)將影響 B 的使用效果 , 通過實(shí)施精煉后期 鋼包弱攪拌和嚴(yán)格執(zhí)行連鑄鋼水的保護(hù)措施 , 試驗(yàn) 鋼的氣體含量控制為 :氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0. 003%, 氮 的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0. 006%。

11、2. 2 熱軋卷的組織與化學(xué)相分析結(jié)果 2. 2. 1 晶粒度工業(yè)試驗(yàn)熱軋板含 B 與無 B 鋼的典型顯微組 織對(duì)比如圖 2所示 。通過截線法測(cè)定 , 前者晶粒度 達(dá)到 78級(jí) , 晶粒尺寸達(dá)到 23. 3m , 后者晶粒度 在 910級(jí) , 晶粒尺寸只有 13. 8m , 含硼鋼的晶粒 明顯粗化 。 2. 2. 2 析出物利用掃描電鏡觀察鋼中析出物粒子的大小及形 態(tài) , 在鋼中析出的 BN 都較為粗大 , 且常易與鋼中 的 MnS 、 Fe 3C 以及粗大的氧化物夾雜復(fù)合析出形 成更為粗大的顆粒 。圖 3為鋼中 BN 和 MnS 的粗 大復(fù)合析出物 , 其尺寸在 3m 左右 , 圖 4為鋼中

12、 BN 、 MnS 與大型氧化物夾雜復(fù)合析出的粗大顆粒 , 其尺寸在 5m 左右 。 (a 含硼鋼 ; (b 無硼鋼圖 2 熱軋板的金相組織Fig. 2 Microstructures of B 2bearing and B 2free hot strips16 鋼 鐵 第 41卷圖 3 鋼中 BN 和 MnSFig. 3 SEM micrograph and energy spectrum of a precipitate圖 4 鋼中 BN 、 MnS 與氧化物夾雜的復(fù)合析出物粒子及其能譜圖Fig. 4 SEM micrograph and energy spectrum of a BN +

13、MnS +Me x O y composite precipitate表 3 含 B 及無 B 熱軋帶鋼時(shí)效 31天后鋼中 BN 、 Al N 沉淀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)T able 3 Content of BN and Al N in B 2bearing and B 2free hot strips after aging %試樣BN 及其各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)B N BNAlN 及其各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Al N AlN含 B 鋼 0. 00090. 00120. 00210. 00160. 00080. 0024無 B 鋼 0. 00530. 00270. 00802. 2. 3 化學(xué)相分析結(jié)果取熱軋鋼帶

14、(B 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 0012% 經(jīng) 31天時(shí)效后的鋼樣 , 經(jīng)磨光去氧化鐵皮后 , 電解溶樣得 到包含 BN 、 AlN 的粉末 , 然后對(duì)該粉末進(jìn)行化學(xué)相 分析 , 分析結(jié)果如表 3所示 , 從表中可以看出 , 在無 B 鋼中 ,AlN 的析出量達(dá)到 0. 0080%, 而在含 B 鋼 中 , 鋼中的 B 幾乎全部與 N 結(jié)合形成 BN , 鋼中 AlN 的析出量僅為 0. 0024%, 遠(yuǎn)少于無 B 鋼中 AlN 的 析出量 。2. 3 熱軋卷的力學(xué)性能馬鋼 2005年 4月份某澆次 20爐熱軋卷生產(chǎn)檢 驗(yàn)出的屈服強(qiáng)度 、 抗拉強(qiáng)度的分布見圖 5,2004年馬 鋼全年 SP HC 鋼

15、生產(chǎn)檢驗(yàn)的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度 的分布規(guī)律見圖 6, 加 B 與不加 B 熱軋卷的力學(xué)性 能平均值的對(duì)比見表 4。通過比較可以發(fā)現(xiàn) , 加 B 鋼要比不加 B 鋼的屈服強(qiáng)度明顯降低 , 平均屈服強(qiáng) 度降低約 19M Pa 。表 4 含 B 及無 B 鋼的平均力學(xué)性能對(duì)比T able 4 Comp arison of mechnical properties betw een boron 2 bearing and boron 2free steel %材料 屈服強(qiáng)度 /MPa 抗拉強(qiáng)度 /MPa 含硼鋼 (20爐 284351無硼鋼 (2004年全年 3033722. 4 加硼鋼全流程力學(xué)性能分

16、析為了直觀地了解加 B 鋼在各階段力學(xué)性能的 變化 , 將 SP HC 加 B 鋼從熱軋卷生產(chǎn)檢驗(yàn)到冷軋開 卷檢驗(yàn)的力學(xué)性能列于圖 7(a , 將 SP HC 無 B 鋼從 熱軋卷生產(chǎn)檢驗(yàn)到冷軋開卷檢驗(yàn)的力學(xué)性能列于圖 7(b 。26第 9期 范鼎東等 :硼微合金化對(duì) SP HC 鋼組織 、析出物以及屈服強(qiáng)度的影響 圖 5 加 B 鋼屈服強(qiáng)度 、 抗拉強(qiáng)度的分布Fig. 5 Yield strength and tensile strength of 圖 6 2004年全年不含 B 的 SPH C 熱軋卷屈服強(qiáng)度 、 抗拉強(qiáng)度的分布Fig. 6 Yield strength and tensi

17、le strength distribution of boron 2free SPH C steel produced at Ma Steel in2004 圖 7 加 B 鋼 (a 、 無 B 鋼 (b 在不同階段的強(qiáng)度Fig. 7 Strength changes of boron bearing and boron 2freesteel at different production stages 數(shù)據(jù)表明 :由于時(shí)效與熱軋卷溫度 (650的 作用 , 熱軋卷的強(qiáng)度都會(huì)逐漸降低并趨于穩(wěn)定 。但 是加 B 與不加 B 鋼的變化幅度不同 , 加 B 鋼在熱軋 -時(shí)效 2天 -冷軋前的過程中

18、屈服強(qiáng)度分別降低 36M Pa 、 18M Pa , 抗拉強(qiáng)度分別降低 10M Pa 、 12M Pa ; 而不加 B 鋼在熱軋 -時(shí)效 19天 -冷軋前的過程中屈服強(qiáng)度分別降低 14M Pa 、 16M Pa , 抗拉強(qiáng)度分別降低 2M Pa 、 5M Pa ; 與無 B 鋼相比 , 加 B 鋼時(shí) 效后的屈服強(qiáng)度 、 冷軋前的屈服強(qiáng)度分別降低 38M Pa 、 40M Pa , 加 B 鋼經(jīng)時(shí)效后屈服強(qiáng)度降低幅度較大的原因主要是熱軋板卷在時(shí)效過程中 ,BN 及 其與 MnS 、 Fe 3C 形成的復(fù)合析出物的進(jìn)一步析出 , 鋼中自由碳 、 氮含量不斷減少 , 以及由于鋼中粗大 BN 的析出

19、, 減少了細(xì)小 AlN 的析出 , 減弱了第二相粒子對(duì)晶界以及位錯(cuò)的釘扎作用 , 使得含 B 鋼顯微 組織的回復(fù)軟化在較高卷取溫度下更容易進(jìn)行 。3 結(jié)論 (1 加 B 熱軋鋼帶鐵素體晶粒度達(dá)到 78級(jí) ,晶粒尺寸達(dá)到 23. 3m , 不含 B 鋼的晶粒度在 910級(jí) , 晶粒尺寸只有 13. 8m , 含硼鋼的晶粒明顯粗化 。(2 B 在鋼中以 BN 的形式存在 , 且常易與鋼中 MnS 、 Fe 3C 以及氧化物 (Al 2O 3 夾雜復(fù)合析出形成 更為粗大的顆粒 , 尺寸可達(dá) 5m 。(3 加 B 熱軋鋼帶在線檢測(cè)平均屈服強(qiáng)度可降 至 284M Pa , 平均抗拉強(qiáng)度降至 351M P

20、a ,48h 時(shí)效36 鋼 鐵 第 41卷后平均屈服強(qiáng)度可降至 248M Pa , 抗拉強(qiáng)度降至342M Pa , 冷軋開卷前屈服強(qiáng)度降低至 230M Pa 。 而不加 B 鋼冷軋開卷前的屈服強(qiáng)度為 270M Pa 。參考文獻(xiàn) :1 Takahashi N ,Shibata M. Boron 2Bearing Steels for ContinuousAnnealing to Produce Deep Drawing and High Strengt h Steel Sheet sA .TMS 2AIME. Conf Proc on Technology of Continu 2ous Annealed Cold 2Rolled Sheet Steel C .Warrendale , PA :TMS 2AIME ,1984. 1332153.2 Sud