探析超细晶高强钢的制造工艺与性能特点

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：超细晶粒钢是指通过特殊的冶炼和轧制方法得到的晶粒尺寸在微米级或亚微米级的新一代超强结构钢。超细晶粒钢通过晶粒的超细化同时实现强韧化，其强度与目前相同成分的普通钢材相比至少要高出1倍左右。利用冶金工艺技术是获得超细晶粒的主要手段，是超细晶粒钢具有优良强韧综合性能的决定因素，因此超细晶粒钢与传统钢所不同的是不能用其化学成分预测钢种的强度。表4-20列出了目前超细晶钢板的主要化学成分和典型力学性能。

超细晶粒钢是指通过特殊的冶炼和轧制方法得到的晶粒尺寸在微米级或亚微米级的新一代超强结构钢。其组织为热轧态铁素体或热轧态铁素体和珠光体，晶粒尺寸在55μm以下。它是当前汽车用钢铁材料的研究热点，是21世纪先进、高性能结构材料的代表。

超细晶粒钢通过晶粒的超细化同时实现强韧化，其强度与目前相同成分的普通钢材相比至少要高出1倍左右。与同等强度的传统钢相比，超细晶粒钢具有“三低”特点，即低碳、低碳当量和低杂质含量，这不仅有益于其焊接性，同时也有利于改善钢的其他性能，如接头中热影响区和母材的韧性以及对氢致裂纹（HIC）、硫化物应力腐蚀裂纹（SSCC）的抗力等。超细晶粒钢中还含有少量的Nb、V、Ti等微合金元素，其主要目的是为了形成碳、氮化合物，从而有效地防止晶粒长大。由于超细晶粒钢中S、P、N元素含量低和微合金元素控制加入，其氮化物形成元素的存在将使自由氮降低，减小了时效影响，有利于韧性的改善。

由于超细晶粒钢具有优良的抗疲劳性能、良好的焊接性、较高的强度以及良好的低温韧性等优点，其在加工领域得到了广泛应用。为获得超细晶粒钢，已开发出多种工艺方法，如同一快速加热条件下的热处理反复多次作用、控轧、控冷、TMCP、复合TMCP法等。利用冶金工艺技术是获得超细晶粒的主要手段，是超细晶粒钢具有优良强韧综合性能的决定因素，因此超细晶粒钢与传统钢所不同的是不能用其化学成分预测钢种的强度。我国的宝钢、武钢等生产的400MPa超细晶粒钢在中国一汽、东风汽车等厂家批量使用，用于制造货车横梁或汽车底盘加强梁。表4-20列出了目前超细晶钢板的主要化学成分和典型力学性能。

表4-20 超细晶钢板的主要化学成分和典型力学性能

超细晶粒钢的强韧化机制与传统钢不同，其焊接存在两个主要问题：①在焊接热作用下，晶粒长大的驱动力很大，这必然导致热影响区晶粒严重粗化，从而影响整个接头性能与母材性能相匹配；②为获得与母材相等性能的焊接接头，需要进行焊接材料、焊接方法及焊接工艺的合理选择。

探析超细晶高强钢的制造工艺与性能特点

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