許多因素影響雙相鋼的生產工藝,比如化學成分,臨界退火溫度或時間,初始顯微組織等。本次浙江至德鋼業有限公司主要介紹超快冷工藝在雙相鋼生產上的幾個工藝參數的設計。


一、雙相鋼的控制冷卻過程


 根據雙相熱處理過程的不同雙相鋼可分為熱處理雙相鋼;熱軋和冷軋雙相鋼。熱軋雙相鋼所需的設備相對簡單,并且節省生產消耗。因此熱軋雙相鋼發展得更為廣泛一些。


  通常雙相鋼的軋制和冷卻過程應滿足以下條件;(1). 足夠的鐵素體生成;(2). 抑制珠光體的產生;(3). 抑制貝氏體的產生;(4). 殘余奧氏體轉變為馬氏體。


  首先必須能夠生產足夠量的鐵素體。軋制過程加速了形核,所以隨后的冷卻中很快生成鐵素體。為了避免珠光體和貝氏體的形成和考慮到冷卻區長度的限制冷卻過程應盡可能快。通常帶鋼在空氣中停留片刻以產生足夠量的鐵素體。終冷溫度應該低于Ms溫度,以確保殘余奧氏體轉變為馬氏體。根據冷卻工藝的要求,兩階段冷卻制度常常被應用在雙相鋼的生產上,見圖5-1。


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  比較合理的冷卻速度是在60~200℃之間。超快冷工藝被應用在雙相鋼的生產上。在一些鋼廠,對層流冷卻系統進行改造,增加了超快冷設備,其經濟效益可觀,具有可行性。



二、冷卻過程參數設計


 冷卻過程參數包括終軋溫度、中間溫度、終冷溫度、過鋼速度等,是冷卻過程的重要控制目標。


 1. 中間溫度


 水冷過程中軋件通常在空氣中冷卻幾秒鐘以生成足夠鐵素體,見圖5-1.應該在盡可能短的時間里得到準確量的鐵素體。根據Avrami方程X=1-exp 轉變速度取決于參數n和b.n由化學成分和轉變類型決定,近似常數。有文獻表明,n值在相變的開始和結束有明顯的波動。b值是溫度,孕育期等的函數。當轉變溫度接近鼻溫時,轉變速度最快。因此中間溫度應盡可能在鼻溫附近。


 2. 中間空冷時間


 中間空冷時間決定了鐵素體在有限的冷卻區內的生成量,但又被冷卻區長度限制,是決定產品組織組成的一個重要控制參數。雙相鋼的理想鐵素體含量是80%~90%.根據Avrami方程,4mm厚軋件在850℃終冷溫度條件下,在不同的中間溫度下得到的鐵素體體積分數,見表5-1.可見,在5~7秒內鐵素體的含量滿足要求,尤其是冷卻6s所得到的鐵素體含量是最佳的。此前,鐵素體生成速率很快。


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  圖5-2描述了相變驅動力曲線。根據這些曲線和目標鐵素體量可以確定中間空冷時間。從圖5-2上看,中間空冷時間在5~6.48內能生成80%~90%的鐵素體。在這段時間內相變速度隨時間變慢。


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  理想的中間空冷時間應確保軋件斷面上的鐵素體分布均勻且在目標范圍內。同時,中間空冷時間應保證盡可能短以縮短冷卻區長度。此外,鐵素體晶粒尺寸隨中間空冷時間和中間溫度的提高而增大,見圖5-3,計算方法見參考文獻。


 3. 卷取溫度


  雙相鋼卷取溫度應該低于Ms以確保殘余奧氏體能完全轉變成馬氏體。首先要準確地計算Ms,該值隨鐵素體體積分數變化。Ms隨殘余奧氏體中的碳含量增加而降低,計算結果見圖5-4。點劃線是根據熱動力學理論回歸得到的,其他計算方法見參考文獻。殘余奧氏體中的碳含量隨鐵素體含量的增加而增加,也就是說,Ms隨生成的鐵素體分數變化。因此Ms必須根據動態碳含量進行計算。


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  根據式5-1可以計算奧氏體中碳含量和形成鐵素體分數的關系,見圖5-5.Ms隨初始碳含量的增加和形成的鐵素體分數增加而降低,見圖5-6。


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4. 軋件通過速度


  當中間空冷時間根據目標鐵素體含量被確定下來且冷卻速度根據CCT相圖和冷卻能力被確定下來后,軋件的通過速度受軋機限制,軋件的通過速度決定了冷卻區的長度,同時該速度又受軋機的限制。一方面,軋件速度應盡可能快以提高生產效率,另一方面,軋件速度應盡可能低以縮短冷卻區長度。當冷卻策略如圖5-1所示時,理想的軋件通過速度應該是12~16s,而冷卻區長度應為50~70m.從圖5-7中可以看出,軋件速度最好保持在3.12~5.83m/s.


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三、在線應用


  兩階段冷卻是雙相鋼生產中最常用的冷卻方法。冷卻規程如圖5-8所示。3.2mm軋件斷面上的硬度分布見表5-2.可以看出,越接近表面,硬度值越高,這是因為表面處冷卻速度大,生成更多的馬氏體。鐵素體晶粒尺寸大約5μm,屈服強度是484MPa,抗拉強度635MPa,伸長率26%。


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四、總結


  兩階段冷卻策略是雙相鋼生產的最優工藝。CSP生產線進行改造后仍能滿足生產要求。重要的工藝參數決定著產品性能,比如中間溫度,中間空冷時間,卷取溫度,軋件通過速度等。在線應用結果表明采用該冷卻工藝能得到滿意的力學性能。