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发达国家双相钢的生产工艺

发达国家双相钢的生产工艺,以下数据谨供参考,实际数字可能会有所偏差:

1.热处理双相钢的生产工艺
生产热处理双相钢可在连续退火生产线上进行,亦可在批量退火炉中进行。连续退火生产线是近年来发展的一种新技术,与批量退火相比,连续退火的优点是:(1)钢板的表面质量好;(2)退火成本低;(3)产品的适应性(钢板的长短、宽窄等)强;(4)钢板的平整性得到改善;(5)温度控制比批量退火好,沿盘卷长度上的钢板性能较均匀;(6)加热和保温时间短,冷却速度快,生产效率高。由于在加热后,冷却速率的变化范围宽(从空冷、喷雾冷却到水淬),因此特别适合于生产双相钢。但采用快速冷却时,在时效温度下终止冷却有一定困难,故需补充回火,以保证钢板的抗时效稳定性。
日本称水淬连续退火生产双相钢的工艺为CAL HiTEN法,其工艺过程为:将冷轧钢带加热到800℃左右,保温很短时间后,在水淬设备中以2000℃/s的速率冷却到室温。在这样高是冷却速度下,即使奥氏体中不含合金元素,也可以变成马氏体,并保持了钢板的良好形状。但冷却后,铁素体中保留了较高的固溶碳,为减少铁素体中固溶碳,水淬后的钢板应在200℃左右进行非常短时间的回火处理(通常1min),此时,铁素体中有相当一部分固溶碳析出,但仍保留烘烤硬化所必须的固溶量(约0.003%)。加热、保温和冷却过程用电子计算机自动控制,保证了钢板性能的均匀性和重现性。
日本钢管(株)福山制铁所于1978年建成并投产了CAL HiTEN生产线,采用的热处理工艺为750~800℃加热后水淬,250~300℃回火1min。所生产的双相钢牌号为NKBH40、NKBH50、NKBH60,其化学和力学性能分别与11-1中的NKCA-40H、NHCA-50H、NHCA-60H相当,实测的烘烤硬化量分别为112.7MPa、88.2MPa、108MPa。
采用这种工艺和设备生产的双相钢,由于合金元素含量不高,钢板本身价格便宜,同时钢板具有良好的成形性、高的烘烤硬化性、室温抗时效稳定性以及良好的电阻点焊性和油漆耐蚀性,这类钢板已用于制造汽车车身面板。
采用改造的镀层生产线处理双相钢的工艺流程示意图见图11-2。由于这种设备加热和冷却速度的限制,在这种设备上生产的双相钢通常含有一定的合金元素,以细化晶粒和提高淬透性。
热处理双相钢也可在周期退火炉中生产。当采用这种设备时,钢中应含有较多的提高淬透性的元素、或者通过控制热轧后的盘卷工艺,进一步调整钢板在冷轧后退火冷却时的淬透性,以保证在所采用的冷却条件下,得到理想的双相组织。在热处理双相钢的生产中,有时可以通过调整和控制加热温度和冷却速率,并与镀锌工艺相结合,生产出镀层双相钢板。
美国已采用周期退火炉生产了热处理双相钢VAN-QN系列,该钢经1063K加热3min后空冷,力学性能见表11-2,其中VAN-QN80双相钢在均匀变形阶段具有两个n值,n1=0.24,n2=0.19;表面磨光试样的弯曲疲劳极限为305.8MPa,经14%冷变形,疲劳极限高到340.6MPa。FLD0为0.41;而VAN-QN系列双相钢的抗拉强度与硬质相体积分数、晶粒大小和回归关系为
σb=367+10.37fm+6.903d-1/2

2.热轧双相钢的生产工艺
热轧双相钢的生产工艺流程大体可分为两种:一种是以美国克里斯钼公司开发的Mn-Si-Cr-Mo热轧双相钢为代表。其工艺流程示意图见图11-4,即板坯在1150-1315℃加热后,以大压力下量短时间进行轧制,终轧温度为870~925℃,轧材在冷床上以28℃/s的冷却速度冷至卷取窗(钢的等温转变曲线上的压稳奥氏体稳定区)进行盘卷。在冷床上冷却时钢中析出部分铁素体,盘卷冷却后获得双相钢。工艺过程容易进行,板卷性能也较均匀。加拿大的底法斯科公司采用这种工艺生产了热轧双相钢ARDP,其拉伸性能见表11-2。当板厚为3.4mm时,FLDo为0.42,用该双相钢制造GM“E”型小汽车轮盘可使质量减少5%~100%,且成形良好。
另一种热轧双相钢的生产工艺是:在热轧或热轧后的冷却过程中使铁素体从奥氏体中析出,然后快递冷却到Ms点以下进行盘卷,最终获得双相钢组织,用这种工艺生产双相钢有锰钢、Si-Mn钢、Mn-Cr钢。日本新铁(株)将这种应用低合金Si-Mn钢生产热轧双相钢的方法叫“双相轧制工艺”,其工艺过程示意图见图11-5。例如板厚为2.47~3.31mm的Si-Mn钢(成分为0.07%C、0.50%Si、1.3%Mn、0.03%Al、0.02%P),终轧温度为780~800℃,盘卷温度低于375℃,其拉伸性能为:σ0.2≤380MPa,σb≥600MPa,屈强比≤0.57,et≥58%,极限扩孔比≥1.4。而由转炉练的Mn-Cr钢(成分为0.05%C、1.5%Mn、0.30%Cr),终轧温度740~780℃,急冷到350℃以下温度进行盘卷,得到的热轧双相钢的性能为:σ0.2

3.两种双相钢的生产工艺和特点比对比
热轧双相钢用于较厚规格的板材(3mm以上),其生产工艺方法不需要附加的热处理和退火设备,一般轧钢都可以进行生产,但对终轧温度、终轧后的冷却速率和盘卷温度都有一定的要求,不同钢种、不同合金含量,其工艺参数亦应相地变化。工艺过程比较复杂,钢板盘卷后不同部位的冷却速率不同,亦会影响性能的均匀性。
热处理双相钢多用于较薄规格的冷轧板材,其生产工艺研究较多,生产方法日趋成熟,钢板性能也较稳定;但这种生产方法需要热处理设备和能量消耗,增加了钢材的成本。
欧洲和北美的热轧双相钢均含有Mn、Si、Cr、Mo等元素,并加入少量稀土,以控制夹杂物的形状和板材横向性能。这类热轧双相钢的工艺性能较好,工艺操作也较容易,但由于合金元素含量较高,故钢板价格较高。
日本利用“双相轧制”工艺生产的热轧双相钢多为C-Mn、C-Mn-Si系,C-Mn-Cr系。这些热轧双相钢的工艺性能较差,工艺参数要求较严格,工艺实现相对要困难些,尤其是终轧后的冷却工序,控制较困难。但钢中合金元素含量较少,因此价格便宜。
美国在周期退火炉中生产的热处理双相钢为VAN-QN系,为了提高钢的淬透性加入少量钼,工艺过程较简单,但钢板价格较高。
日本由于设备较先进(连续退火生产线),热处理双相钢多为低碳系,低C-Mn系,钢中基本不含合金元素,钢板价格较评议。但由于采用水淬工艺,故需补充回火以降低铁素体中的固溶碳,提高双相钢的延性。
不论热处理或热轧双相钢,钢的化学成分范围均较窄、即合金成分范围均应精选,这样可使合金的性能波动范围窄些。
从化学成分和力学性能的关系来看,双相钢的最终性能和钢化学成分似乎关系不大。化学成分是通过影响工艺参数而影响性能,如按不同的的工艺参数生产的双相,其组织组成相当,双相钢的性能也类似。当然固溶强化元素对双相钢的延性亦有一定影响,但和马氏体积分数相比,则处于较次要地位。
一般热处理双相比热轧双相钢具有更好的均匀伸长率和更高的r值,但是由于硬质相分布特征上的差异,热轧双相钢具有更好的冷弯性能。
热处理双相钢多用于小变形的汽车冲压构件,如车身面板、车门内板和外板以及行李盖板等,回弹和压痕抗力是重要的使用性能和工艺性能指标。热轧双相钢多用于运动构件和安全构件,如车轮、大梁、保险杠等,疲劳强度和撞击吸能是重要的使用性能指标。

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