目前,我國汽車工業(yè)飛速發(fā)展,汽車用不銹鋼使用量增長很快,尤其在汽車排氣系統(tǒng)中的應(yīng)用更是快速。汽車排氣系統(tǒng)用鋼大量和廣泛采用的是鐵素體不銹鋼。隨著碳氮含量的降低,鐵素體不銹鋼的γ圈范圍在擴(kuò)大,這就意味著它可以通過相變來細(xì)化晶粒。
根據(jù)Hall-Petch公式,隨著鋼中鐵素體晶粒的細(xì)化,鋼的屈服強(qiáng)度將提高,同時(shí)還能夠提高鋼的韌性或保持韌性和塑性基本不下降。目前,為了更有效地發(fā)揮不銹鋼的潛力,實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料高性能、低成本的目的,國內(nèi)外對鐵素體不銹鋼的晶粒細(xì)化方法進(jìn)行了研究,以期獲得超細(xì)晶粒鋼,從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性。如何在現(xiàn)有的生產(chǎn)線上不進(jìn)行大的設(shè)備改造的條件下,既能夠提高不銹鋼板的強(qiáng)度,又能夠獲得較高的韌性和塑性成為當(dāng)前冶金行業(yè)研究的熱點(diǎn)。通過總結(jié)國內(nèi)外的研究成果,提出一種鐵素體不銹鋼晶粒細(xì)化的新方法。
鋼鐵材料微合金化可有效細(xì)化晶粒。其原因如下:一是一些固溶合金化元素(如W、Mo等)的加入提高了鋼的再結(jié)晶溫度,同時(shí)可降低在一定溫度下晶粒長大的速度;二是一些強(qiáng)碳氮化物形成元素與鋼中的碳或氮形成尺寸為納米級的化合物,它們對晶粒的長大起到強(qiáng)烈的阻礙作用,并且當(dāng)這種納米級的化合物所占的體積分?jǐn)?shù)為2%時(shí),對組織的細(xì)化效果最好。微合金化元素主要是Nb、Ti單穩(wěn)定化或Nb+Ti雙穩(wěn)定化。
傳統(tǒng)的TMCP晶粒細(xì)化技術(shù)以細(xì)化鋼鐵材料基體組織晶粒為目的,其關(guān)鍵技術(shù)在于:由加工硬化奧氏體進(jìn)行鐵素體相變,導(dǎo)入相變形核點(diǎn)在650~750℃間壓延;加速冷卻,增大過冷度(增大相變驅(qū)動力),結(jié)果可獲得最細(xì)約為5μm的α組織。相對于傳統(tǒng)的TMCP,新型TMCP的軋制溫度更低,軋制壓下量更大,其三大特征是:“軋前急冷”、“低溫加工”與“大的變形率(強(qiáng)加工)”,關(guān)鍵技術(shù)在于低溫大變形量加工:以前未曾有過的大變形量加工:ε=1~2(每道次50%以上的大壓下量);以前未曾有過的低溫加工:Ae3和Ar3之間,結(jié)果可獲得最細(xì)1μm以下的超細(xì)α組織。新型TMCP的主要技術(shù)參數(shù)為:臨界冷速、奧氏體化溫度、軋制上限溫度、最小應(yīng)變量和應(yīng)變速率。
微合金化技術(shù)和新型TMCP技術(shù)并用的時(shí)候,可獲得更為理想的超細(xì)晶鐵素體組織。微合金化元素的存在狀態(tài)和物理冶金現(xiàn)象與新型TMCP之間的互動關(guān)系是生產(chǎn)細(xì)晶粒鋼的技術(shù)核心:鋼水凝固結(jié)晶階段,TiN的析出有利于鑄態(tài)組織的細(xì)化和等軸晶區(qū)的形成;鋼坯加熱階段,未溶碳氮化物以及高溫析出物抑制粗軋形變再結(jié)晶和晶粒粗化;在奧氏體非再結(jié)晶區(qū)的精軋階段,析出與形變位錯的纏結(jié),增強(qiáng)形變儲能;臨近Ar3區(qū)域的應(yīng)變誘導(dǎo)析出對應(yīng)變誘導(dǎo)相變具有促進(jìn)作用;軋后冷卻階段,相變誘導(dǎo)析出,對鐵素體再結(jié)晶及再結(jié)晶鐵素體長大具有阻礙作用,同時(shí),晶內(nèi)微細(xì)碳氮化物析出具有強(qiáng)化效果。
由于在一定范圍內(nèi)存在γ圈,會發(fā)生γ→α相變,因此可以將微合金化技術(shù)+新型TMCP技術(shù)應(yīng)用于鐵素體不銹鋼。該技術(shù)中:鐵素體不銹鋼經(jīng)過鑄造、坯料加熱、熱加工和冷卻工序,最終撤離生產(chǎn)線,前三個(gè)工序的作用是調(diào)制細(xì)晶組織,冷卻是把這種高溫組織狀態(tài)保存下來及取得最終組織的方法,其強(qiáng)韌性主要由高溫γ晶粒的細(xì)化及γ晶界的純凈化控制,最終經(jīng)過鑄、軋、相變?nèi)M織的優(yōu)化并遺傳到最終產(chǎn)品,才能在強(qiáng)度和韌性方面顯現(xiàn)出優(yōu)越的性能。
微合金化技術(shù)和新型TMCP技術(shù)并用細(xì)化鐵素體不銹鋼晶粒方法的關(guān)鍵在于微合金化元素的選擇和新型控軋控冷技術(shù)參數(shù)的制定。(子云)