包钢科技

C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Al_t	Ca
0.06~0.08	≤0.15	1.50~1.70	≤0.018	≤0.005	0.020~0.030	0.050~0.070	0.020~0.050	0.001 0~0.003 0

C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Al_t	Ca
0.06~0.08	≤0.15	1.50~1.70	≤0.018	≤0.005	0.020~0.030	0.050~0.070	0.020~0.050	0.001 0~0.003 0

铸坯厚度/mm	过热度/℃
230	25~40	15~30

铸坯厚度/mm	过热度/℃
230	25~40	15~30

加热炉出炉温度/℃	粗轧中间坯厚度/mm	精轧终轧温度/℃	卷取温度 /℃	层冷模式
1 250	40	880	600	前分散11

加热炉出炉温度/℃	粗轧中间坯厚度/mm	精轧终轧温度/℃	卷取温度 /℃	层冷模式
1 250	40	880	600	前分散11

Nb元素对650 MPa级高强钢组织和性能的影响

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李钊 ¹ , 刘妍 ¹ , 宿成 ¹ , 刘朋成 ¹ , 赵莉萍 ² , 陈建华 ¹

包钢科技 | 品种质量与试验研究 2022,48(2): 63-66

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包钢科技 | 品种质量与试验研究 2022, 48(2): 63-66

Nb元素对650 MPa级高强钢组织和性能的影响

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李钊¹, 刘妍¹, 宿成¹, 刘朋成¹, 赵莉萍², 陈建华¹

作者信息

¹ 内蒙古包钢稀土钢板材公司有限责任公司, 内蒙古包头 014010

² 内蒙古科技大学材料与冶金学院, 内蒙古包头 014010

李钊(1986-),男,山西省大同市人,硕士,工程师,现从事新产品研发和推广工作。

Effects of Nb on Microstructure and Properties of 650 MPa Grade High Strength Steel

Zhao Li¹, Yan Liu¹, Cheng Su¹, Peng-cheng Liu¹, Li-ping Zhao², Jian-hua Chen¹

Affiliations

¹ Inner Mongolia Baotou Steel Rare Earth Steel Plate Co., Ltd., Baotou 014010, Inner Mongolia Autonomous Region, China

² School of Materials and Metallurgy, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, Inner Mongolia Autonomous Region, China

出版时间: 2022-04-25

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摘要

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文章以650 MPa级结构钢热轧卷板为研究对象,讨论了不同含量的Nb元素对高强钢组织和性能的影响。数据显示,Nb含量降低0.010%,高强结构钢屈服强度下降约15 MPa,抗拉强度下降约25 MPa,延伸率上升约1个百分点。对比透射电镜下的显微组织得出,含铌钛高强钢中,细小椭圆形析出物富含Nb元素,方形析出物富含Ti元素。

关键词

高强结构钢 / 铌元素 / 析出物形貌 / 产品强度

Abstract

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In this paper, the effects of Nb with different contents on the microstructure and properties of high strength steel are discussed by taking the hot rolled coils with 650 MPa grade structural steel as research object. The data showed that the yield strength of high strength structural steel reduced by about 15 MPa, tensile strength reduced by about 25 MPa and elongation rate increased by about 1 percentage point with reducing content of Nb by 0.010%. It is found that the fine oval precipitates are rich in Nb and square precipitates are rich in Ti in the high strength steel containing niobium and titanium by comparing the microstructures with transmission electron microscope.

Key words

high strength structural steel / Nb / morphology of precipitate / product strength

引用本文

李钊, 刘妍, 宿成, 刘朋成, 赵莉萍, 陈建华. Nb元素对650 MPa级高强钢组织和性能的影响. 包钢科技, 2022 , 48 (2) : 63 -66 .

Zhao Li, Yan Liu, Cheng Su, Peng-cheng Liu, Li-ping Zhao, Jian-hua Chen. Effects of Nb on Microstructure and Properties of 650 MPa Grade High Strength Steel[J]. Science & Technology of Baotou Steel, 2022 , 48 (2) : 63 -66 .

正文

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钢铁行业发展在国民经济和社会发展中发挥了重要作用,但是受能源短缺、环境污染等问题的影响,钢铁行业发展过程中矛盾日益突出。展望未来,钢铁行业只有建立在自然、生态、节能、低碳等背景下,才可持续发展。在此背景下,提高钢材强度、减小钢材厚度实现轻量化,成为了重要的发展方向。但随着高强钢板强度的提升,其韧性变差,容易发生变形开裂现象,Nb元素的添加能够明显改善这一问题。Nb元素是提高钢材强韧性最为有效的合金元素之一^[1-2]。这是由于在控轧控冷过程中,铌能产生显著的细晶强化和析出强化作用,最突出的作用是抑制高温变形过程的再结晶,扩大了奥氏体未再结晶区的范围,有利于实施控制轧制工艺。铌微合金化与控制轧制和控制冷却技术的有机结合成为高强高韧钢发展的主要研究方向。

本文以650 MPa级结构钢热轧卷板为研究对象,对其工业化生产工艺流程进行了阐述,通过添加不同含量的Nb元素,分析了Nb元素对高强结构钢组织和性能的影响,为含Nb高强钢热轧板带的批量生产提供了技术支持。

1 生产工艺流程

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650 MPa级高强结构钢热轧卷板工业化生产的基本流程为:

高炉铁水→铁水预处理→转炉顶底复吹冶炼→LF炉外精炼→板坯连铸→缓冷→板坯加热→高压水除鳞→定宽压力机→E1R1粗轧机轧制→E2R2粗轧机轧制→飞剪→高压水除鳞→F1—F7精轧机轧制→加密型层流冷却→卷取→托盘运输→入库→取样、检验→称重、包装。

1.1 炼钢工艺

1.1.1 化学成分

表1为强度650 MPa级高强结构钢化学成分。

1.1.2 冶炼要求

冶炼用铁水需经KR脱硫处理,要求入转炉铁水硫含量不高于0.010%,脱硫渣扒清面积大于90%。

转炉控制出钢温度不低于1 620 ℃,保证成分与温度协调出钢。

LF炉精炼造渣脱氧、脱硫,加入钛铁、铌铁、锰铁等进行合金化。

1.1.3 连铸工艺

表2为650 MPa级高强结构钢连铸工艺参数。铸机采用恒拉速控制,拉速范围为1.0~1.5 m/min。铸坯低倍组织检验执行标准YB/T 4003—2016^[3],连铸坯偏析不得大于B类2.0级,中心疏松不得大于1.5级。

1.2 热轧工艺

表3为650 MPa级高强结构钢热轧卷板的热轧工艺参数。为保证合金元素的充分固溶,要求热轧加热炉预热段、加热段以及均热段时间之和不小于120 min。

2 结果与分析

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2.1 Nb元素对金相组织的影响

在强度650 MPa级高强结构钢钢板板宽1/2处取样,图1为试样厚度方向1/4处和试样厚度方向1/2处硝酸酒精腐蚀后的金相组织照片。组织显示,650 MPa级高强结构钢金相组织含有大量细小弥散的析出物。结合表1数据,分析图1组织,650 MPa级结构钢成分中同时含有Nb元素和Ti元素。从理论上分析,Nb元素在热轧加热和粗轧高温轧制过程中析出,钉轧奥氏体晶界阻碍原奥氏体晶粒的长大,Ti元素在热轧卷取相变后铁素体基体中析出,钉轧晶界阻碍晶粒的长大^[4-5]。扫描电镜下无法区分钢中析出物为Nb元素的析出物还是Ti元素的析出物。

图2为高强结构钢相同位置处的试样的TEM照片。透射电镜下放大析出物显示其形貌为椭圆形和方形的第二相析出物。经过对应能谱分析发现含铌钛高强钢中,细小椭圆形析出物主要富含Nb元素,方形析出物主要富含Ti元素,也有两种的复合析出,这与相关文献表述相一致^[6-7]。

2.2 Nb元素对力学性能的影响

工业生产中,小批量试验微合金化Nb元素对产品性能的影响。分别冶炼2个浇次,1个浇次冶炼9炉钢水,添加目标值0.035%的Nb元素,1个浇次冶炼7炉钢水,添加目标值0.025%的Nb元素。

图3为不同Nb含量对650 MPa级高强结构钢产品性能的影响。图3中数据显示,降低Nb含量0.010%,屈服强度均值下降约15 MPa,抗拉强度均值下降约25 MPa,延伸率上升约1个百分点。造成这一现象的原因是,降低Nb均值后引起的细化晶粒现象减弱,晶粒变粗大,强度降低,韧性得到提高,延伸率升高。

3 结论

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(1)含铌钛高强钢中,细小椭圆形析出物主要富含Nb元素,方形析出物主要富含Ti元素。

(2)对于高强结构钢热轧卷板,Nb含量降低0.010%,屈服强度下降约15 MPa,抗拉强度下降约25 MPa,延伸率上升约1个百分点。

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

[1]

付俊岩. Nb微合金化和含铌钢的发展及技术进步[J]. 钢铁, 2005, 40(8):1-6,25.

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高惠临. 管线钢合金设计及其研究进展[J]. 焊管, 2009, 32(11):5-12.

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韩荣东, 陈士华, 栾燕, 等. 连铸钢板坯低倍组织缺陷评级图[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2017.

[4]

张修群. TMCP技术的发展与应用[J]. 化学工程与装备, 2012,(10):127-129.

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2022年第48卷第2期

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107

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接收时间：2022-02-10
首发时间：2025-10-21
出版时间：2022-04-25

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出版历史

收稿日期：2022-02-10

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¹ 内蒙古包钢稀土钢板材公司有限责任公司, 内蒙古包头 014010

² 内蒙古科技大学材料与冶金学院, 内蒙古包头 014010

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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