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安钢薄规格钢板的屈服强度分析

发布于:2016-08-16 20:41
强度分析

      AH60为安钢自主研发的铁素体珠光体型合金高强钢,年产量在20万吨左右。在3500 mm炉卷轧机和2800 mm中板轧机上轧制生产,采取严格的控轧控冷工艺以及合理的化学成分设计,添加一定量Nb,V微合金元素,确保了AH60钢的强度和冲击韧性等各项性能,强度分析级别达到Q460级。但在2013年,尤其是夏季,薄规格产品的屈服强度出现波动,部分批次钢板的屈服强度富余量较低甚至不合格。经过分析,发现化学成分和控轧控冷工艺在生产中发生波动,导致钢板屈服强度性能不合格,因此迫切需要稳定薄规格AH60钢板的生产工艺,保证屈服强度性能合格,增强安钢保障该钢种综合性能的能力。
      1.AH60钢板屈服强度偏低原因分析
      经调查分析,发现影响AH60钢板屈服强度的因素主要有化学成分、轧制工艺和冷却工艺。
      1.1.化学成分
      AH60钢板采用Nb,V微合金化的成分设计以及控轧控冷工艺生产,其化学成分见表。Nb,V微合金化对提高强度的作用非常大,添加适量的Nb元素可以抑制奥氏体再结晶,扩大钢板在奥氏体未再结晶区轧制的温度范围,V元素起沉淀强化和细晶强化作用,可以大幅度提高钢板的强度指标,因此,更好地发挥Nb,V微合金化的强化作用是保证强度的关键。本次成分体系设计中对N含量没有规定,而相关文献表明,N含量对含V钢中V的强化效果有3个方面的重要影响:
      (1) VN在奥氏体和铁素体中的溶解度比VC几乎低2个数量级,使得VN较VC更容易析出,起到析出强化作用;
      (2) 增加N含量能够提高VN的析出温度,并增强其析出驱动力,使得VN在轧制过程中更容易析出,起到抑制奥氏体再结晶、阻止晶粒长大以及细化铁素体的作用;
      (3) 提高N含量可以扩大V析出比例,且能够细化析出相粒子尺寸,而加大析出相粒子比例和细化其尺寸都能提高强度,取得更好的析出强化效果。
      通过对多批次AH60钢板性能和化学成分进行数据统计分析,绘制出性能与N含量关系曲线,如图所示。由图中可见,AH60钢板的屈服强度与N含量存在一定的线性关系,随着N含量增加,屈服强度有所提高,若N含量由60 x 10-6提高到100 x 10-6,屈服强度的升幅接近20 MPa。而在本次化学成分体系设计中没有对N含量加以控制,当N含量不足时就削弱了V微合金化的强化效果,这是造成屈服强度偏低的原因之一
      1.2.轧制工艺
      AH60钢板采用再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制工艺生产。板坯开轧温度为1060℃左右,再结晶区轧制温度控制在1000℃以上,通过轧制的反复结晶,充分细化奥氏体组织。再结晶区轧制完成后,中间坯空冷待温。未再结晶区轧制温度(即二次开轧温度)在950℃以下,未再结晶区累积变形量大于50%。终轧温度设定在850℃以下。终轧温度较高时,则奥氏体在高温下容易回复,储存能降低,相变驱动力减小,使得相变后铁素体晶粒粗大化,终轧温度较低时,要尽可能低到接近Ar:相变温度,使轧制过程产生的变形带、位错和晶粒压扁保持至相变以后,相变后的晶粒得以细化。因此AH60钢板的轧制工艺仍有进一步优化的空间,可适当降低未再结晶区开轧温度和终轧温度,以达到细晶强化的目的。
      1.3.冷却工艺
      由于AH60为Q460级钢,强度级别较高,相对低合金系列钢种,其合金添加量较大,在冷却过程中极易出现板型和综合性能问题。若层流冷却上、下水比控制不当,会导致上、下表面组织不一致,钢板存在的组织应力和变形应力会使板型出现异常,若冷却速度过大,钢板中就会产生过多贝氏体组织或其他硬相组织,使钢板韧性恶化。因此,合适的冷却工艺对于保证钢板板型和综合性能至关重要。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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