低应变速率下锰硫比对低碳钢高温塑性的影响.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.05.009 第22卷第5期北京科技大学学报 Vol.22 No.5 2000年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2000 低应变速率下锰硫比对低碳钢高温塑性的影响刘新宇” 王新华) 王万军) 张丽珠》周有预) 1)北京科技大学冶金学院，北京，1000832)武汉钢铁集团公司，武汉，430083 摘要研究了在低应变速率(10S)下锰硫比对低碳钢高温塑性的影响.实验结果表明，不同测试温度下锰疏比对钢的高温塑性的影响不同.按其影响规律，可分为4个温度区域即：(1) 1350-1400℃，锰硫比越高，塑性越差：(2)1000-1350℃，锰疏比对塑性无影响：(3)800~1000℃，锰疏比越高，塑性越好：(4)600800℃，锰疏比越高，塑性越差.同时还对锰硫比对高温塑性的影响机理进行了分析关键词锰硫比：高温塑性：低碳钢分类号TG142.14 文献标识码：A 锰疏比是影响钢的高温塑性的重要因素之统.本文在高温拉伸实验的基础上，对锰硫比对一.随着钢中S含量的增加，在RA-T曲线上，低碳钢在低应变速率(10~/s)下高温塑性的影响塑性槽宽度加大，深度增加.S含量引起的脆进行了分析，并试图给出定性的解释. 化与钢的锰硫比有很大关系，提高锰硫比可以阻止FeS等低熔点化合物在奥氏体晶界形成. 1试样及实验方法理论上要达到此目的，需锰硫比达到7，但由于试样取自武钢、攀钢、宝钢生产的连铸板 S的偏析，需要更高的锰硫比.当锰硫比增加到坯，截取位置为：试样的长度方向与铸坯长度方 60时，热塑性得到改善.目前关于S及锰硫向垂直，与柱状晶成长方向平行，尽可能使试样比对钢的高温塑性的影响大多是在较高应变速的高温拉伸部位避开铸坯的中心偏析、疏松位率下得到的，而对S及锰硫比对低碳钢在低应置.试样为中10mm×120mm.表1为试样的化学变速率下的高温塑性的影响研究得还不够系含量. 表1试样的化学含量 Table 1 Chemical composition of the specime % No C Si Mn 0 Al V Nb Ti 1 0.100 0.230 1.41 0.026 0.0050 0.042 0.038 0.046 0.019 2 0.104 0.204 0.84 0.012 0.0076 0.050 0 0.012 0 3 0.100 0.220 1.08 0.014 0.0082 0.012 0.045 0 4 0.150 0.220 0.47 0.028 0.0200 0.010 0 0 0 5 0.100 0.100 0,24 0.012 0.0130 0.020 0 0 0 6 0.100 0.190 0.34 0.017 0.0140 0.015 0 0 0 7 0.100 0.910 0.61 0.018 0.0130 0.012 0.024 0 0 8 0.150 0.280 1.32 0.014 0.0060 0.030 0 0.023 0 9 0.180 0.390 1.45 0.020 0.0040 0.028 0 0 0 10 0.085 0.220 0.36 0.010 0.0160 0 0 0 0 2000-01-18收稿男，28岁，博士生

第卷第期 2 2 5 年月 2 0 0 0 1 北京科技大学学报 J u o r n a l U o f n v i e r t s y i o f c S i n n a e e e T d e c h n o l o g y B e j i n g i l V b . 2 2 N 0 . 5 o L e 2 0 0 低应变速率下锰硫比对低碳钢高温塑性的影响刘新宇 ` , 王新华 ` , 王万军 ” 张丽珠 ` , 周有预 ” 1)北京科技大学冶金学院 , 北京 , 10 〕 )8 3 2) 武汉钢铁集团公司 , 武汉 , 4 3 00 83 摘要研究了在低应变速率 ( 10 一 3/ 5) 下锰硫比对低碳钢高温塑性的影响 . 实验结果表明 , 不同测试温度下锰硫比对钢的高温塑性的影响不同 . 按其影响规律 , 可分为 4 个温度区域即 : ( l) 1 3 5小 1 4 0 0 oC , 锰硫比越高 , 塑性越差 : ( 2 ) 1 0 0小 1 3 5 0℃ , 锰硫比对塑性无影响 : ( 3 ) 8 0 0 一 1 0 00 oC , 锰硫比越高 , 塑性越好 ; (4 )60 ) 8 0 ℃ , 锰硫比越高 , 塑性越差 . 同时还对锰硫比对高温塑性的影响机理进行了分析 . 关键词锰硫比 ; 高温塑性 ; 低碳钢分类号 T G 142 . 14 文献标识码 : A 锰硫比是影响钢的高温塑性的重要因素之一随着钢中 S 含量的增加 , 在 R A 一T 曲线上 , 塑性槽宽度加大 , 深度增加 `1] . 5 含量引起的脆化与钢的锰硫比有很大关系 , 提高锰硫比可以阻止 F es 等低熔点化合物在奥氏体晶界形成 . 理论上要达到此目的 , 需锰硫比达到 7 , 但由于 S 的偏析 , 需要更高的锰硫比 . 当锰硫比增加到 6 0 时 , 热塑性得到改善【2川 . 目前关于 S 及锰硫比对钢的高温塑性的影响大多是在较高应变速率下得到的阁 , 而对 S 及锰硫比对低碳钢在低应变速率下的高温塑性的影响研究得还不够系统 . 本文在高温拉伸实验的基础上 , 对锰硫比对低碳钢在低应变速率( 1-0 5/ )下高温塑性的影响进行了分析 , 并试图给出定性的解释 . 1 试样及实验方法试样取自武钢、攀钢、宝钢生产的连铸板坯 , 截取位置为 : 试样的长度方向与铸坯长度方向垂直 , 与柱状晶成长方向平行 , 尽可能使试样的高温拉伸部位避开铸坯的中心偏析、疏松位置 . 试样为拟o r n r n x lZ o ~ . 表 1 为试样的化学含量 . 表 l 试样的化学含量 aT b le 1 C h e m ica l e o m op s i iot n o f t h e s P ec im e N o C 5 1 M h P 5 A I V N b iT 1 0 . l 0 0 0 . 2 3 0 l . 4 l 0 . 0 2 6 0 . 0 0 5 0 0 . 04 2 0 . 0 3 8 0 . 0 4 6 0 . 0 1 9 2 0 . 1 04 0 . 2 0 4 0 . 84 0 . 0 1 2 0 . 0 0 7 6 0 . 0 5 0 0 0 . 0 1 2 0 3 0 . 1 0 0 0 . 2 20 l . 08 0 . 0 1 4 0 . 00 8 2 0 . 0 12 0 . 0 45 0 0 4 0 . 15 0 0 . 2 2 0 0 . 4 7 0 . 02 8 0 . 020 0 0 . 0 10 0 0 0 5 0 . l 0 0 0 . 10 0 0 . 24 0 . 0 12 0 . 0 l 3 0 0 . 0 20 0 0 0 6 0 . 10 0 0 . l 9 0 0 . 3 4 0 . 0 l 7 0 . 0 l 4 0 0 . 0 l 5 0 0 0 7 0 . l 0 0 0 . 9 l 0 0 . 6 l 0 . 0 l 8 0 . 0 l 3 0 0 . 0 12 0 . 0 2 4 0 0 8 0 . 1 50 0 . 2 8 0 1 . 32 0 . 0 14 0 . 00 6 0 0 . 0 3 0 0 0 . 02 3 0 9 0 . l 8 0 0 . 3 9 0 1 . 4 5 0 . 0 2 0 0 . 0 0 4 0 0 . 0 2 8 0 0 0 10 0 . 0 85 0 . 2 2 0 0 . 3 6 0 . 0 10 0 . 0 1 6 0 0 0 0 0 2 0 0 一 O卜 18 收稿男 , 28 岁 , 博士生 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 05. 009

·428. 北京科技大学学报 2000年第5期高温力学性能测试是在美国DSI公司的 2实验结果及分析 Gleeble--l500试验机上进行的.测试时试样室用氩气保护，试样水平放置，试样的高温加热区长图1为在不同温度下试样拉断时的面缩率度约10mm.试样在试样室夹持好后，在氩气气 (RA)与锰硫比的关系，各个图中的直线是用最氛(Ar流量1L/min左右)下以10℃/s的速率升小二乘法回归得到的.由图1可知，在1000 温，到达1350℃后保持5min,然后以3℃s的速 800℃，RA值随锰硫比的增加而增加，且具有比率降温（个别试样升温）到预定的测试温度，保较好的线性关系.在800℃以下，RA随锰硫比的温2min后在该温度下进行拉伸，拉伸应变速率增加而降低. 取为10~s.试样拉断后立即对拉断部位进行大如果用图1中的直线的斜率（相关系数）K 量喷水冷却，以保持测试温度下试样的组织形代表锰硫比对RA的影响，可以得出这种影响貌.试样冷却后测量拉断部位截面积，计算得出随温度的变化，如图2所示.在图2中还包括面缩率RA 了图1中没有描述的温度，从图2可以看出，在 100a)a (c) (d) 80 上 t=1000℃ 1=950℃ 20 t=1100℃ 0 t=900℃ 100 e 100 200300400 8o t=850℃ (E) t=800℃ (g) 1=750℃ Mn/s(质量比) 图例 60 ●1#试样+6#试样 2o叶 02#试样 07#试样 ◆3#试样 ◆8#试样 20年 84#试样 9#试样 0100200300 40001002003004000 100200300400 。5#试样 ·10#试样 Mn/S(质量比) Mn/S(质量比) Mn/S(质量比) 图1不同温度下RA与锰硫比的关系 Fig.1 Influence of Mn/S mass ration on RA at different tempratures 0.20 硫比的提高钢的塑性变差 0.15 ●● 根据Fe-Mn-S系三元相图，可以计算出不 0.10 同温度下试样达到热力学平衡时的硫化物及液 0.05 ● 相的量.关于Fe-Mn-S系三元相图的研究已 0.00 经比较成熟，在这里选用伊藤等人的数据.根 -0.05● -0.10 据伊藤的实验数据：液相、铁素体、奥氏体、富锰 -0.15 疏化物四相共存的温度为1371℃；液相、奥 -0.20 氏体、富锰疏化物、富铁硫化物四相共存温度为 600 800 1000 1200 1400 1004℃：在1004℃以下，液相消失，奥氏体、富 /℃ 锰硫化物、富铁硫化物三相共存：在1004℃~ 图2锰硫比对RA的影响随温度的变化 1371℃，奥氏体、富锰硫化物、液相三相共存：在 Fig.2 Influence of temperatures on factor K,a function of 1371℃以上，液相、铁素体、富锰疏化物三相共 the influence of Mn/S mass ratio on RA 存 1350-1400℃锰硫比与RA负相关，即RA随锰根据伊藤等人的三元相图，本研究的10个疏比的提高而减小.测试温度为1000-1350℃ 钢种，无论在哪个温度，达到热力学平衡时都不时，K几乎等于0，说明在此温度区间RA与锰会出现液相和富铁硫化物：而在断口附近可以疏比几乎没有关系.在825~1000℃之间，K大于发现液相在高温存在的痕迹，见图3.从这些照 O,说明RA随锰疏比的提高而增大.在片可以发现试样断裂前确实有液相存在，这说 600-825℃时，K小于0，说明在此温度区间随锰明对S,Mn来讲，在本测试制度下，处于加热区

Vol.22 No.5 刘新宇等：低应变速率下锰硫比对低碳锅高温塑性的影响 ·429 善，由于试样塑性较好，颈缩部很细.在试样颈缩到一定程度时，颈缩处聚集了相当数量的液相，导致断裂，所以，室温下的断口附近可以观察到液相凝固的迹象，测试温度降低到1004℃以下，发生S-Mn- F的包共晶反应，在奥氏体晶界处生成富铁的硫化物.由于富铁硫化物与奥氏体之间的界面能低，容易在晶界处以薄膜形态析出.这极大地降低了奥氏体晶界的强度，并阻碍晶界的迁移，使得动态再结晶难以发生，试样容易发生沿晶断裂，高温延性降低.因此，可以进一步推断在 1004到800℃之间，言铁硫化物随温度的降低而增多，塑性也随着降低。如果M如含量比较高，或者锰硫比大，S被固定在硫化锰中，在钢中形成液相及富铁硫化物的可能性就减小，从而提高钢的高温塑性，在750-800℃时，随着锰疏比的提高，塑性变差，但数据点比较乱，说明有可能与铁素体、碳氮化物的析出有关的其他因赛在起作用.M 为扩大奥氏体区元素，并且，M山容易聚集在先图3试样在高温断口处液相凝固的迹象.(@)T试样，共析铁素体与奥氏体相界处，形成所谓的“合金 1300℃：)5试样，1200℃ 元意船头波”，阻碍了先共析铁素体的长大，容 Fig.3 SEM micro-photograph of fractured specimen 易形成较薄的铁素体膜，导致塑性降低，以上仅对图2进行了定性的说明，其具体的试样还远没有达到热力学平衡，这就需要从的影响机理还需要进一步系统地研究动力学角度进行分析，但是，定量的计算还比较困难，现定性解释如下， 3结论试样是从铸坯表层截取的，为铸态组织，由于S在液固相变时发生偏析，导致试样中的S 在低应变速率(10s)下，锰殖比对低碳钢的分布不均，在晶界处S的含量远高于晶内的S 高温塑性的影响可分为4个温度区域：含量，晶界处富集的S就有可能促进液相及富 (1)1350-1400℃，RA值随着锰疏比的提高铁硫化物的形成. 而降低.这是由于锰疏比高的钢种液相量大. 在1400℃附近，由于温度较高，S,P等杂质 (2)10041350℃，RA值与锰疏比无关.这元素以液相形式在晶界处聚集.随着测试温度一温度区间，对钢的高温塑性起主要作用的是的降低，液相量减少，试样中的固相连接增加，动态再结晶的发生。试样的塑性提高，在这一温度区间，平衡相图上 (3)1004800℃，RA值随着温度的提高而得显示的平衡组成为液相、铁素体、富锰疏化物三到改善.与在奥氏体晶界生成的富铁硫化物有相共存。从杠杆定律来考忠，锰疏比高的钢种，关富锰殖化物的量少，液相量多，所以随着锰硫比 (4)600-800℃，RA值随着锰疏比的提高而的增加钢的高温塑性变差，降低.这一温度区间数据点比较乱，RA主要受测试温度在1000-1350℃区间时，由于在其他因素影响（如铁素体、碳氮化物的析出等）此温度区间液相已经减少到一定程度，试样中致谢：固相比率大大增加，液相的作用已经不大.由于本文的测试工作是在北京科技大学国家重点实验测试温度高，发生变形的周相中容易发生动态室党紫九敏授和张艳高级工程师的大力协助下完成的，再结晶，裂纹的扩展收到抑制，试样塑性得到改在此表示感谢

·430· 北京科技大学学报 2000年第5期参考文献 5 Maehara Y,Nagamichi T.Effects of Sulfur on Hot DucTi- 1 Hirowo G Suzuki,Satoshi Nishimura,Jun Imamuraa,et al. lity of Niobium Containing Low Carbon Steels During Hot Ductility in Steel in the Temperature Range between Low Strain Rate Deformation.Mater Sci Technol,1991,7 (10:915 900 and 600'C.Tetsu-to-Hagane,1981,67:1180 2 Mintz B,Mohamed Z.Influence of Manganese and Sulfur 6 Yoichi Ito,Noboru Yonezawa,Kaichi Matsubara.The Ef- on Hot Ductility of Steels Heated Directly to Temperature. fect of Carbon on the Composition of the Eutectic Conju- Mater Sci Technol,1989,5(12):1212 gation in the Fe-Mn-S System and the Equilibrium of Sul- 3 Abushoha R,Ayyad S,Mintz B.Influence of Cooling Rate fides in Solid Steels.Tetsu-to-Hagane,1979,65:1149 and MnS Inclusions on Hot Ductility of Steels.Mater Sci 7 Yoichi Ito,Noboru Yonezawa,Kaichi Matsubara.Eutectic Technol,.1998,14(3):227 Conjugation in Fe-Mn-S System,Tetsu-to-Hagane,1978, 4 Maehara Y,Yasumoto K,Tomono H.Surface Cracking 65:391 Mechanism of Continuously Cast Low Carbon Low Alloy 8 Hillert M.合金中的扩散性相变与合金热力学.李清 Steel Slabs.Mat Sci Technol,1990,6(9):793 斌译.沈阳：辽宁科学技术出版社，1984 Effect of the Mn/S Mass Ratio on the High Temperature Ductility of the Low Carbon Steel under Low Strain Rate LIU Xinyu,WANG Xinhua,WANG Wanjun,ZHOU Youyu 1)Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Wuhan Iron Steel Corporation,Wuhan 430083,China ABSTRACT The effect of the Mn/S mass ratio on the high temperature ductility of the low carbon steel under low strain rate was researched.The result of the experiments shows that the Mn/S mass ratio has different effect on the high temperature ductility of steel under different temperatures.The effect can be classified into four categories:(1)1350~1 400C,the greater the Mn/S mass ratio is,the poorer the ductility is;(2)1000~1 350C, the Mn/S mass ratio has no effect on the ductility;(3)800-1000C,the greater the ratio of the Mn versus S is, the better the ductility is;(4)600-800C,the greater the mass ratio of the Mn versus S is,the poorer the ductility is.The mechanism of the effect of the Mn/S mass ratio on the high-temperature ductility is also analyzed. KEY WORDS Mn/S mass ratio;high temperature ductility;low carbon steel

. 4 0 3 - 520 0 北京科技大学学报年第期参考文献 ri H 1 o w o G S u 1 双水 , S a l o s h i N i s h i m u r s, Jun lm am u r a , 改 al . H o t D u e t il iyt in S et e l in ht e eT m P e r at ur e R an g e be tw e n 9 0 0 an d 6 0 0 ℃ . eT st u 一 ot 一 H ag an e , 1 9 8 1 , 6 7 : 1 1 8 0 2 M i n t z B , M ho am e d Z . I n fl u e n e e o f M an g an e s e an d S u l fur o n H o t D u ct i liyt o f Set e l s H e aet d D ier e tl y t o eT m P e ar tL ir e . M at e r S e i eT e hn o l , 19 8 9 , 5 ( 12 ) : 12 1 2 3 A b u s h o h a R, yA y a d S , M l n tZ B . hi fl u e n c e o f C o o lin g R a t e an d M l l S Inc l u s i o ns on H o t D u c t i liyt o f S t e e l s . M at e r S e i eT e hn o l , 1 9 9 8 , 14 ( 3) : 2 27 4 M ae har a Y, Y翻s um o t o K , oT m o n o H . Sur 几e e C acr k in g M e e h an i s m o f C o nt l n u o u s l y C ast L o w C ar b o n L o w A ll o y Set e l S lab s . M at S e i eT e hn o l , 1 9 9 0 , 6( 9 ) : 7 9 3 5 M ae h ar Y, N a g aJ叮 i e ih .T E fe cst o f s u l fur on Hot 功 e iT - l iyt o f N i o b i um C o n at i n ign oL w C ar ob n Set e l s D u r i n g L o w St 妞 i n Rat e D e fo mr at i o n . M a t e r S e i eT e hn o l , 1 9 9 1 , 7 ( 1 0 ) : 9 1 5 6 oY i e hi lot , N ob o ur yo n e z a v v a, K a i e ih M a st u b ar . hT e E -f fe ct o f C ar ob n o n ht e C o m op s it i o n o f ht e E u t e e it e C onj u - g at i o n in ht e F e 一 M n 一 5 S y s et m an d ht e E q u i li ibr um o f s u l - if d e s i n S o lid Set e l s . 介钻 u一。一 H ag an e , 1 9 7 9 , 6 5 : 1 14 9 7 OY i c hi lot , N o b o ur OY n e z a w 礼 K a l e h i M ast ub ar . E u t e e ti e C o nj u g at i o n in F e 一 M n 一 5 Sy set m , 介st u 一 ot 一 H昭an e , 19 7 8 , 65 : 3 9 1 8 H il e rt M . 合金中的扩散性相变与合金热力学 . 李清斌译 . 沈阳 : 辽宁科学技术出版社 , 1 9 84 E fe e t o f t h e M 川5 M a s s R a t i o o n ht e H i g h eT m P e r a n ir e D u e t ili yt o f ht e L O w C a ht o l S t e e l u n d e r L o w S tr a i n R a t e LI U iX 即己恻万G iX hn au l), 洲刃 G 肠’unj 1)n, 刀了O U oY州 u Z, 1 )M e alt l欺gy S c h o o l , U S T B e ij in g, B e ij in g l 0 0() 83 , C h in a Z )W ub an l r o n & S te l C o 耳均art i眠 Wu h an 4 3 0() 8 3 , C丘的a A B S T R A C T hT e e fe e t o f ht e M n /5 m a s s r a t i o o n ht e ih gh te m P e r a t ur e d u e ti lity o f ht e l ow e a r b o n s t e e l un de r l ow s atr in r ate w a s re s e acr h e d . hT e re s ult o f ht e e x P e r im e nts hs o w s ht at ht e M n /5 m a s s art i o ha s id fe r e nt e fe e t on ht e ih gh t e m P e r a t 理 e du e it lity o f s te e l un d e r d lfl 笼r e nt te m P e r a it 1r e s . hT e e fe e t e an b e e l a s s iif e d int o of ur e ate g o ir e s : ( l ) 1 3 5 0一 1 4 0 0 oC , ht e ger at e r het M n /5 m a s s r a t l o 1 5 , ht e Po o r er ht e d u c t iliyt i s : ( 2 ) 1 0 0 0一 1 3 5 0 oC , ht e M h /5 m a s s art i o h a s n o e fe e t on t h e d u e it l iyt : ( 3 ) 8 0 0一 1 0 0 0 oC , ht e gr e at e r ht e r at i o o f ht e M n v e r s u s s i s , ht e b e t e r ht e d u e t iliyt 1 5 ; ( 4 ) 6 0卜8 0 0 oC , 山e gr e at e r ht e m as s art i o o f ht e M n v e r s u s 5 1 5 , ht e Po or er ht e d u c it l iyt 1 5 . hT e m e e h an i s m o f the e fe e t o f ht e M 可5 m as s r at i o o n ht e hi hg 一 et m Pe r a n ir e du e t iliyt i s al s o an aly z e d . K E Y W O R D S M n/ S m a s s art i o : h ihg t e m ep r a tL ir e du e it liyt ; l o w e a br on s t e e l