加熱工藝對(duì)AG610L性能影響的研究

劉社牛 張振申 黃 重 琚艷軍

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

加熱工藝對(duì)AG610L性能影響的研究

劉社牛 張振申 黃 重 琚艷軍

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

研究了加熱溫度為1130℃和1180℃的不同加熱工藝，對(duì)汽車(chē)大梁鋼AG610L力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：工藝為加熱溫度1130℃的鋼卷比加熱溫度為1180℃的屈服強(qiáng)度低27.5M Pa，抗拉強(qiáng)度低35MPa。板坯加熱溫度低，將使NbC不能完全溶解到奧氏體中，起不到強(qiáng)化作用，導(dǎo)致鋼強(qiáng)度的降低。

加熱溫度AG610L 微合金化 固溶

0 前言

汽車(chē)大梁鋼板主要用于汽車(chē)車(chē)架縱梁、橫梁等結(jié)構(gòu)件，要求鋼材不僅有高的強(qiáng)度，還要有良好的塑性和焊接性以及優(yōu)良的冷彎性能。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，在保持較高韌性的基礎(chǔ)上，提高汽車(chē)大梁鋼板的強(qiáng)度，是汽車(chē)板需求、開(kāi)發(fā)的主體方向。降低碳含量，采用Nb、V、Ti等微合金化和控軋控冷工藝，是提高鋼的強(qiáng)度和保持韌性的主要措施。根據(jù)此理論，成功在安鋼1780mm熱連軋機(jī)組開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)度汽車(chē)大梁鋼AG610L。合理的加熱制度是微合金化鋼控制軋制的首要條件，因此，研究加熱溫度對(duì)AG610L性能的影響是十分必要的。

1 AG610L的技術(shù)條件

AG610L是安陽(yáng)鋼鐵公司根據(jù)用戶(hù)的要求而開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)度汽車(chē)大梁板，主要厚度范圍為2.0mm～10.0mm。AG610L主要的技術(shù)條件見(jiàn)表1。

表1 AG610L的技術(shù)條件

2 加熱工藝對(duì)AG610L性能的影響

根據(jù) AG610L的技術(shù)條件，采用了低碳、Nb、V微合金化和控軋控冷的生產(chǎn)工藝。加熱溫度是控軋控冷工藝的重要一環(huán)，對(duì)微合金化鋼的力學(xué)性能有著顯著的影響。為了研究加熱溫度對(duì)該鋼性能的影響，在安鋼1780mm熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了不同加熱溫度的AG610L生產(chǎn)試驗(yàn)。為試驗(yàn)鋼的熔煉化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 AG610L的熔煉化學(xué)成分 ％

安鋼第二煉軋廠(chǎng)1780mm熱連軋機(jī)組，現(xiàn)有3座蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐，加熱爐全長(zhǎng)43.5 m，分為熱回收段、一加熱段、二加熱段、均熱段，所用燃料為安鋼自產(chǎn)的高焦混合煤氣，配比為 7∶3，額定的煤氣消耗量為49500 Nm3/h，控制系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)t溫控制在50℃以?xún)?nèi)。試驗(yàn)進(jìn)行了兩種加熱工藝的對(duì)比試驗(yàn)，加熱的工藝參數(shù)如表3所示。

表3 加熱工藝試驗(yàn)參數(shù) ℃

3 結(jié)果討論與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

為了減少化學(xué)成分的影響，試驗(yàn)采用了同一爐鋼，鋼坯厚度為230mm，在爐總時(shí)間控制在200～230min以?xún)?nèi)。每個(gè)工藝試驗(yàn)了2卷，不同工藝間插入普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235B，以使加熱工藝能夠達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。軋制工藝參數(shù)設(shè)定為，精軋終軋溫度820±20℃，卷取溫度600±20℃。對(duì)不同加熱工藝的鋼卷取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同加熱工藝的AG610L力學(xué)性能

從表4可以看出，兩種工藝生產(chǎn)的鋼卷均滿(mǎn)足AG610L的力學(xué)性能，但是加熱工藝1生產(chǎn)的鋼卷，強(qiáng)度比加熱工藝2的偏低。其中平均屈服強(qiáng)度降低27.5M Pa；平均抗拉強(qiáng)度降低35mPa。

3.2 討論與分析

AG610L主要采用了 Nb、V微合金化的成分體系。微合金化元素在鋼中應(yīng)用的基本原理在于其在鋼中的固溶、偏聚和沉淀作用，尤其是微合金元素與碳、氮交互作用，產(chǎn)生了諸如晶粒細(xì)化、析出強(qiáng)化、再結(jié)晶控制、夾雜物改性等一系列的次生作用[1]。

Nb、V均是強(qiáng)碳化物形成元素，能夠提高鋼的強(qiáng)度。但是它們作用的微觀(guān)機(jī)理是不同的。V在微合金鋼中形成中間相VC，VC在奧氏體中的溶解度較高，但在鐵素體中的溶解度很低，因此在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過(guò)程中，VC在相間和鐵素體中的析出，產(chǎn)生強(qiáng)化作用。Nb可形成細(xì)小的的碳化物和氮化物，可提高奧氏體的再結(jié)晶溫度，保持形變效果從而細(xì)化鐵素體晶粒。Nb、V的微合金化效果均是通過(guò)碳化物的溶解和析出來(lái)實(shí)現(xiàn)的，合理的加熱溫度是保證Nb、V碳化物的溶解而且不能使奧氏體的晶粒過(guò)分粗大。

Nb、V在AG610L中的化合物將以碳化物形式存在。M n對(duì) Nb固溶的W agner相互作用參數(shù)較大，而AG610L的M n含量達(dá)到1.55％，因此必須考慮M n對(duì)NbC在奧氏體固溶度公式的影響；綜上所述，Nb、V的碳化物的固溶度方程可以由下式表示[2]：

將[M n]=1.55％代入(2)式，可得：

將AG610L的化學(xué)成分 C、V、Nb含量分別代入上式，可以得到 VC的完全固溶溫度為 755℃，而NbC的完全固溶溫度達(dá)到了1177℃。比較這兩種加熱工藝，工藝1的一加熱段溫度比工藝2的低 80℃，二加熱段和均熱段溫度低40℃～50℃，在爐時(shí)間相差不多，因此板坯的實(shí)際溫度相差就會(huì)比較大。由于加熱爐內(nèi)的熱電偶只能檢測(cè)到爐內(nèi)氣氛的溫度，而出爐側(cè)的檢測(cè)條件較為惡劣，并且板坯表面覆蓋著較厚的氧化鐵皮，無(wú)法真實(shí)反映出板坯的實(shí)際溫度，通常都采用粗軋末架出口溫度作為控制板坯加熱溫度的參考值。本次試驗(yàn)粗軋采用了 7道軋制，從加熱爐出爐到粗軋結(jié)束溫降達(dá)到120℃左右，工藝1和工藝2的粗軋出口鋼溫分別為1008℃和1056℃，由此推算加熱溫度分別為1130℃和1180℃。

根據(jù)以上分析可以看出，工藝1的加熱溫度下，NbC未能全部溶解；而工藝2的加熱溫度下，NbC就會(huì)全部溶解到奧氏體中。根據(jù)公式 (3)可以計(jì)算出工藝1溫度下有0.023％的Nb溶解到奧氏體中，而0.022％的Nb仍以NbC形式存在。正是由于工藝1的加熱溫度較低，NbC未能完全溶解，而未溶 NbC的顆粒比較粗大，在軋制過(guò)程中不能起到釘軋晶界的作用，對(duì)強(qiáng)度沒(méi)有貢獻(xiàn)，只有奧氏體中溶解的NbC，才能以較小的析出，起到強(qiáng)化作用。綜上所述，工藝1的Nb約有50％未固溶到奧氏體中，未起到強(qiáng)化作用，因而較工藝2的強(qiáng)度低。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于Nb、V微合金鋼化的AG610L鋼種，VC的奧氏體溶解溫度較低，而NbC的奧氏體溶解溫度很高。制定加熱工藝時(shí)應(yīng)主要考慮 NbC的溶解溫度，保證NbC全部溶解，才能充分發(fā)揮 Nb微合金的強(qiáng)化作用，達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。

[1]齊俊杰，黃運(yùn)華，張躍.微合金化鋼.北京：冶金工業(yè)出版社，1993：1-3.

[2]雍岐龍.鋼鐵材料中的第二相 (第三章)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006：28-30.

STUDY ON EFFECTS O F AG610L AO TOM OB I LE FRAM ES BY D IFFERENT HEAT ING TECHNOLOGY

L iu Sheniu Zhang Zhenshen Huang Zhong Ju Yan jun (A nyang Iron＆Steel Group Co.，L td)

A ffect onmechanical p ropertiesofAG610L automobile fram e by different heating temperature between1130℃ and1180℃.The resu lt indicate：yield strength of coils by heating temperature1130℃is lower27.5M Pa than by heating temperature1180℃，and tensile strength is lower35mPa.If slab is heated lower temperature，NbC can not be comp letely disso lved into austenite，can not strengthen the steel and reduce the strength.

Heating temperature AG610Lmicro alloyed So lid so lution

＊聯(lián)系人：劉社牛，高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

2010—2—23