在汽车高强度连接件形状明显复杂化的情况下 ,必须大大提高其使用性能水平 ,这就对钢的组织和性能增加了一些附加的要求。含硼钢的应用是解决该问题的最有前景的方向。但是 ,不久前俄罗斯产含硼钢型材质量常常不符合汽车制造业的要求。这就需要根据冶金公司的具体条件调节钢的化学成分和生产工艺 ,从而在即使钢中含氮量相对较高 (这是电炉熔炼所特有的 )的情况下仍可保证所规定的钢的淬透性 ,以及在退火和调质状态下轧材强度与工艺塑性的良好匹配。俄罗斯“北方钢铁公司”用最佳化成分的、在冶金质量水平及淬透性特点方面不亚于国外类似产品的含硼钢 1 2Mn1B、2 0Mn2B和 30Mn1B钢开发生产了 6.5～ 2 5mm的轧材。为了保证钢的较低含氮量 ,研制出了采用铁水达整个炉料量的 40 % ,且具有强烈氧化期 (碳的氧化速度范围 0 .0 5 %～ 0 .0 7% /min)的“福克斯”井式电炉炼钢工艺。电规范规定当碳含量比规定的下限高0 .2 %～ 0 .4 %时关炉 ,进行无电弧脱碳补吹。将钢水由 1 640～ 1 680℃的炉中放出 ,在装备有电预热或化学预热系统的钢水包 -炉内加入铁合金进行炉外处理。将比液相线温度高 60℃的钢水注入上大下小的钢锭模内浇铸成 7.85t重的钢坯。为了防止钢水流渗氮 ,经由环形装置通入氩气进行保护。钢坯在初轧车间的蓄热式均热炉中加热至 1 2 50～ 1 2 70℃ ,用初轧机 (1 30 0轧机)轧制 ,然后用连续开坯机轧制成断面为 1 0 0mm× 1 0 0mm的钢坯。磨削修整钢坯以去除脱碳层。用 1 50线材轧机和 2 50小型轧机生产 5.5～ 2 3mm的卷材。为了保证脱碳层深度不超过直径的 1 % ,应保持从炉中供给钢坯的速度对1 50轧机不低于 1 0 0t/h;对 2 50轧机不低于 56t/h。对于 2 50轧机和 1 50轧机 ,钢坯的初轧温度相应为1 2 2 0～ 1 2 4 0℃和 1 2 70～ 1 2 90℃。在“有效”硼含量约 0 .0 0 1 %时 (这比传统采用的合金元素数量约低两个数量级 )达到所要求的钢的渗透性水平。“有效”硼含量既取决于与氧相结合生成氮化物 ,从而防止形成BN的Ti和Al的平衡 ,又取决于钢中的B(为了保持工艺性其含量被限制为0 .0 0 5% )及氮的总量。因此 ,在日常冶炼 2 0Mn2B钢过程中评定了上述元素含量和水淬、油淬时淬透性水平的关系。虽然在研究阶段 2 0Mn2B钢中Al和Ti的含量处于相当宽阔的范围内 (图 1 ) :△Al=0 .0 2 %～ 0 .0 5 %(分布变化VarAl ≤ 0 .71 1 ;
平均 =0 .0 34±0 .0 0 0 9% )和△Ti=0 .0 2 %～ 0 .0 4 % (VarTi≤ 0 .0 581 ; 平均 =0 .0 2 3± 0 .0 0 0 7% ) ,但观察到二者含量减少的微弱趋势 (分别减少 0 .0 1 %和 0 .0 0 7% )。由于含氮量减少和 总 增加 ,该趋势是可能的。标准误差值和抽样分布分散率的减小证明了动力学稳定性加强。大体上 ,所获得的结果证明了具有规定的Al和Ti含量的 2 0Mn2B钢生产工艺的稳定性。可以认为这也与氮有关 (△N =0 .0 0 5 %～ 0 .0 1 1 % ;VarN≤ 0 .444 ; 平均 =0 .0 0 7±0 .0 0 0 1 % )。提高“有效”硼含量的方法之一是提高B的总含量 总 。该方法广泛应用于俄罗斯的冶金业中 ,其工艺特点是钢中含氮量相对较高。但应当指出 ,提高 总 ,将导致钢的工艺性能恶化。硼的总含量提高 0 .0 0 1 % (△ 总 =0 .0 0 1 %～ 0 .0 0 4 % ;VarB ≤0.531 ; 平均总 =0 .0 0 2 9± 0 .0 0 0 1 % )有利于保证稳定的淬透性水平和提高“有效”硼含量。例如 ,试验的和计算的评定表明 (图 2 ) ,常规生产钢中的“有效”硼含量 平均有效 =0 .0 0 1 8± 0 .0 0 0 1 % (△B有效 =0 .0 0 1 7% )接近于最佳值。钢中 有效 值呈升高趋势 ,这有利于保证钢的稳定的淬透性水平。此时 ,“有效”硼含量的增加与 总 增加成正比 (图 3) ,这是由较低的平均含氮量所决定的。在研究范围内比较了“北方钢厂公司”生产的含硼钢油淬和水淬时的淬透性参数。比较表明 (图 4) ,在所分析的 2 0Mn2B钢的炉次中 ,平均淬透性水平———在△D理想50 =2 4 .6～ 56 .9mm情况下的理想临界直径D理想50 =35.6± 1 .9mm(平均 )。在研究期间分析D理想临界 值变化的动力学 ,表明该值有所提高 (提高 1 1mm)这时由于 减少和 总 增加 (作为其结果是 有效 增加 ) ,而且 有效 增加促进了按理想临界直径的淬透性水平的直线提高 (图 5)。分析D水50 和D油50与 有效 的关系时获得了类似的规律 (见图 4、5)。鉴于对“北方钢铁公司”含硼钢生产状态的预先评定和所进行的分析 ,证明已有效地防止了硼被氮所化合 ,研究过程中评定了采用碳、锰、钛的基本合金化和“有效”硼对 2 0Mn2B钢淬透性特征的各自的影响。由图 6看出 ,在 0 .1 0 %～ 0 .2 0 %范围内增加含碳量有助于强化硼的作用。例如 ,在完全未吸收硼的情况下 ,在所研究的范围内增加含碳量将促使临界直径从 3mm提高到 6mm。而当 有效 为 0 .0 0 1 %时 ,指标D50 从 2 0 .4mm提高到 32 .8mm。在 0 .0 0 1 % 有效 时出现极值。在无硼钢中 ,Ti实际上对钢的淬透性特性不产生影响(临界直径为 3.9± 1 .0mm ,且在Ti从 0 .0 1 %提高到 0 .0 3%的情况下无变化 )。Ti属于形成难溶碳氮化合物的元素 ,其所形成的碳氮化合物甚至在1 2 50～1 30 0℃下也不溶入固溶体。因此 ,在从相对较低的温度淬火时 ,仅是极少部分的Ti溶入固溶体。Ti由于其形成晶核的作用和将碳结合成碳化物 ,故对钢的淬透性产生不良影响。相反 ,部分溶入固溶体的Ti则有助于提高淬透性。因此 ,Ti对淬透性的最终影响取决于其溶解部分和化合部分的比、淬火温度和该温度下的保温时间。加入有效硼促使显著增强Ti的作用 (临界直径从 2 0 .9mm提高到33 .8mm) ,但其影响是非线性的。当Ti <0 .0 1 5 %时 ,淬透性的提高不超过 2 0 %～ 30 % ,因为Ti不足以防止硼形成氮化物 ,同时 0 .0 2 %～ 0 .0 3 %Ti(与用硼合金化相配合 )使淬透性几乎提高 3倍。在0 .0 0 1 % 有效 时出现极值。将无硼钢中的Mn含量从 0 .7%增加到 1 % ,将使临界直径非单调地从 4.4mm增大至 7.6mm。这是由于Mn提高了珠光体区域和中间区域内奥氏体的稳定性 ,从而明显地阻碍了珠光体晶粒的长大。向钢中加入有效硼将促使淬透性迅速提高。在0 .0 0 1 %有效硼时出现极值。因此 ,对 2 0Mn2B钢的研究表明 ,最低水平的基本合金化(未考虑硼的影响 )仅能保证4.2mm钢坯的完全淬透性 ,而在最高合金化水平时可保证 6.8mm钢坯的完全淬透性。向钢中加入 0 .0 0 1 %有效硼可将最低合金化时的完全淬透性提高到7mm ,而将最高合金化时的完全淬透性提高到36 .8mm及更高。明确了主要合金元素对 2 0Mn2B钢淬透性的单独的和协同的 (与硼 )作用的数量关系。综合研究“北方钢铁公司”生产的型材质量表明 ,由于调整钢的化学成分 (优化Ti、Al、N及N的比例 ) ,金属轧件的平均缺陷程度从 7.2 %降至 0 .9%(见图 7)。此时主要出现轧制生产缺陷 ,其中包括较大深度的脱碳层 (轧制前加热钢坯时产生的缺陷 )。未发现淬透性水平的不一致性含硼调质钢淬透性及成分的最佳化$北满特钢钢研所!齐齐哈尔161041@任晓红<1> BobylevM .V .,BorisovV .T .,PetrovskiV .A .etal.//Pro ceedingof41stMechanicalworkingandsteelprocessing,Bal timore,USA ,October24-27,1999:851-860.
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