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[热成形钢] 钙处理对热冲压成型钢22MnB5带状组织的影响

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发表于 2020-5-9 09:00:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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钙处理对热冲压成型钢22MnB5带状组织的影响

马德刚,王建兴,马光宗,王 耐,李经哲,李 波
(河钢集团唐山钢铁集团有限公司技术中心,河北唐山063016)
中国汽车材料网[摘 要] 根据实际生产数据,介绍了钙处理与否对铝脱氧热冲压成型钢22MnB5带状组织的影响。结果表明,在浇铸工艺和热轧工艺相同的条件下,对于[Mn]含量在1.25~1.35%、[S]≤0.0030%、全氧含量在25ppm左右的铝脱氧热冲压成型钢22MnB5,钙处理可以有效改善热轧产品的带状组织。当中包[Ca]含量控制在0.0020~0.0030%时,钙处理的热轧产品带状组织评级较未进行钙处理产品的带状组织评级整体降低0.5~1.0级。钙处理工艺改善热轧产品带状组织的机理是控制钢水凝固过程中MnS夹杂的生成。
[关键词] 钙处理;全氧;MnS夹杂;带状组织

[size=1em]带状组织的存在使钢材的组织不均匀,并严重影响钢材性能,降低钢的塑性、冲击韧性、断裂韧性和断面收缩率,造成冷弯不合、冲压废品率高,热处理时钢材容易变形、淬火开裂等问题[1-3]。对经过钙处理和不经过钙处理两种工艺冶炼22MnB5钢的实际生产数据进行了分析,研究两种工艺对铝脱氧热冲压成型钢22MnB5带状组织的影响,以期为同类产品改善和控制带状组织提供参考。


1 生产现状
1.1 22MnB5冶炼工艺路线

[size=1em]唐山钢铁集团有限公司的不锈钢公司1580产线生产的热冲压成型钢22MnB5有两种不同的冶炼工艺路线:

[size=1em]第1种冶炼工艺路线为DeS→DeC→LF→CC该工艺路线进行钙处理,中包钙含量控制在20 ppm左右;

[size=1em]第2种工艺路线为DeS→DeC→LF→RH→CC该工艺路线不进行钙处理。

[size=1em]两种不同工艺路线的22MnB5成分体系、连铸浇铸工艺和热轧工艺均相同。


1.2 两种不同冶炼工艺路线生产的22MnB5热轧产品金相组织

[size=1em]《GB/T 13299钢的显微组织评定方法》规定了钢中带状组织的评级准则,要根据带状铁素体数量增加,并考虑带状贯穿视场的程度、连续性和变形铁素体晶粒多少的原则确定。表1给出了两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品金相组织评级的分布情况;图1为两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品典型的金相组织检测结果。

[size=0.8em]表1 两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品金相组织评级
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[size=0.8em]图1 两种不同冶炼工艺路线下22MnB5热轧产品典型的金相组织(带状)

[size=1em]由检测结果可知,两种不同冶炼工艺路线的热轧产品在进行带状组织评级时,第1种冶炼工艺路线的热轧产品带状组织评级在1.5~2.5级,组织呈现轻微变形方向,带状组织不很明显,500倍下能看到铁素体呈带条状。而第2种冶炼工艺路线的热轧产品带状组织评级在2.0~3.5级,且有呈现连续的贯穿视场的铁素体和珠光体交替带的情况,高倍下更为明显,较第1种冶炼工艺路线的严重。


2 结果讨论
2.1 两种冶炼工艺路线的本质区别及导致带状组

[size=1em]织差异的主要因素

[size=1em]炼钢的功能是成分控制、洁净度控制、铸坯偏析及铸坯内部和表面质量控制。钢水的成分控制和洁净度控制主要在转炉和精炼工序完成,而铸坯的偏析、内部质量和表面质量控制则在连铸工序完成。

[size=1em]22MnB5两种不同的冶炼工艺路线区别在精炼工序,而脱硫、转炉和连铸工序的工艺控制均相同。第1种工艺路线是LF工序温度和成分调整完成后,进行钙处理,净吹8 min后吊到连铸进行浇铸第2种工艺路线是LF工序温度和成分调整完成后,吊去RH工序进行处理,期间成分微调,主要目的是脱氢,该工艺路线不进行钙处理操作。两种冶炼工艺路线均为铝脱氧,脱氧产物为Al2O3,在没有进行钙处理之前,工艺路线的不同主要影响钢水的洁净度和脱氧产物的大小、数量和形态[4]。因此,两种工艺路线的本质区别为是否进行钙处理。

[size=1em]在浇铸工艺和热轧工艺相同的情况下,如果不考虑钙处理的影响,可以认为两种工艺路线的成分偏析和热轧因素对带状组织的影响是相同的,带状组织评级应该是相近的,而实际检测结果表明二者有所不同。因此可以推断,导致不同工艺路线热轧产品带状组织差异的主要因素为是否进行钙处理所以可以认为合理的钙处理工艺不仅能改善钢水的可浇性,还能改善热轧产品带状组织。


2.2 钙处理工艺改善热轧产品带状组织机理

[size=1em]对于铝脱氧钢,脱氧产物主要为Al2O3,钙处理的主要目的是通过控制合适的钙铝比,使脱氧产物转变为液态的钙铝酸盐,从而达到改善钢水可浇性的目的。此外,根据国内外对管线钢夹杂物的控制的研究结果可知,管线钢钙处理的目的是避免生成热轧过程中可发生塑性变形的MnS夹杂,使钢水中的[S]在凝固过程中以CaS等硬质夹杂的形式析出从而提高管线钢的抗HIC能力[5-6]。

[size=1em]MnS夹杂在热轧过程会沿轧制方向发生塑性变形,形成长条状MnS夹杂。钢水在凝固过程中,元素会在枝晶间富集。未进行钙处理的22MnB5枝晶间富集[Mn]、[S]元素,在最后的凝固过程会析出细小的MnS夹杂,这些微小的MnS夹杂在热轧过程中会延轧制方向形成长条状的MnS夹杂,如图2所示。这种细长的MnS夹杂带嵌在珠光体带之间,二者的方向一致[7]。这种情况会影响带状组织的评级加重热轧产品带状组织[8]。

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[size=0.8em]图2 MnS夹杂物的形成及在轧制过程中的行为

[size=1em]Turkdogan[9]在《Fundamentals of SteelMaking》一书中给出了铝脱氧钢,在凝固过程中,硫化物夹杂形态有效控制的中包成分标准,如表2所示。作者指出,中包成分在这种条件下,可有效避免凝固过程中MnS夹杂的生成,从而提高管线钢抗HIC性能。而我们第1种冶炼工艺下的22MnB5的中包成分恰好与序号2的成分标准吻合,钢水在凝固过程中有效地避免了MnS夹杂的生成。

[size=0.8em]表2 铝脱氧钢有效控制硫化物形态的中包成分标准[9]
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[size=1em]由以上对比分析可知,钙处理工艺改善热轧产品带状组织的机理是控制钢水凝固过程中MnS夹杂的生成,使[S]与[Ca]结合生成硬质夹杂。


3 结论

[size=1em](1)对于22MnB5钢种,DeS→DeC→LF→CC 和DeS→DeC→LF→RH→CC两种不同冶炼工艺的本质区别为是否进行钙处理;两种不同冶炼工艺下,热轧产品带状组织差异的主要影响因素也是是否进行钙处理;

[size=1em](2)钙处理改善热轧产品带状组织的机理是通过控制钢水凝固过程中MnS夹杂的生成,使 [S]与[Ca]结合生成硬质夹杂并去除;

[size=1em](3)合理控制中包 T[O]、[Mn]、[Ca]和[S]含量可有效防止钢水凝固过程中MnS的生成,从而改善热轧产品带状组织。


参考文献

[size=1em][1]张迎晖,赖泓州,赵鸿金.钢中带状组织的研究现状[J].轧钢,2014,31(3):45-47.

[size=1em][2]郑晓宁,张志旺,宇文杰.20CrMnTiH渗碳齿轮钢的带状组织控制[J].河北冶金,2013(1):56-57.

[size=1em][3]刘建陪,刘陪跃.35MnBM热送热装改善钢坯的带状组织实践[J].河北冶金,2013(5):26-27.

[size=1em][4]Roland K,Nils L.Non-metallic inclusions in steel[M].The Metals Society,London,1968,PartⅢ:6.

[size=1em][5]张彩军,蔡开科,袁伟霞等.管线钢的性能要求与炼钢生产特点[J].炼钢,2002,18(5):40-46.

[size=1em][6]张庆国.管线钢的发展趋势及生产工艺评述[J].河北冶金,2003(5):12-17.

[size=1em][7]张延玲,刘海英,阮小江等.中低碳齿轮钢中合金元素的偏析行为及其对带状组织的影响[J].北京科技大学学报,2009,31(Suppl.1):199-206.

[size=1em][8]邹仲芹.连铸工艺管线钢带状组织的研究 [D].山东:山东大学,2005.

[size=1em][9]Turkdogan E T.Fundamentals of SteelMaking[M].The Institute of Materials,London,1996:270.




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