D01:10.13374/i.issm1001-053x.1999.06.010 第21卷第6期 北京科技大学学报 VoL.21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec,1999 铜单一元素合金化热轧钢板的组织与性能 任慧平12)毛卫民” 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)包头钢铁学院，包头市014010 摘要研究了铜单一合金化高纯净热轧钢板在时效退火前后的组织与性能的关系.结果表 明，铜其有明显的时效强化作用，在时效过程中铜的析出优先于钢板的再结晶，同时高纯净基 体使钢材保持了良好的塑性.分析表明，铜单一合金化高纯净钢具有良好的发展前景. 关键词铜：高纯净钢：时效析出：再结晶 分类号TG162.83 铜在钢中具有许多优良的作用-，铜的存10,105,10s的时效处理，检测试样的HRB硬 在也会造成钢的热脆，因此铜在钢中的应用受 度，将经锻造的实验钢板坯由20mm厚经3道 到一定阻碍，在冶炼过程中钢中的铜难于去除， 次轧制成2mm的薄板.开轧温度为900℃，终 因此炼钢原料中的铜中受到了人们严格的控 轧温度为750℃.将轧制成的薄板切割成51 制，即使在含铜的耐蚀钢中其含量也被控制在 mm×16mm的拉伸试样坯料，分别在450,550， 0.2%~0.4%范围内.对钢的强度贡献而言，只有 650℃加热10,101,10,1025,10,103,10,105， 铜含量大于0.75%时，其强化作用才能明显显 10s并淬火.处理后的板坯制成非标准试样，作 现，但此时钢会产生明显的热脆倾向.因此钢 拉伸实验.将热轧钢板试样在840℃作1,3,10， 中的含铜量一般不超过1%. 21,23,30,52,120,336,1020s的退火处理，并测 目前含铜高强F钢和耐蚀性良好的船 其显微硬度， 舶用钢四相继问世.它们的共同特点是钢中铜 含量超过1%，充分利用了铜的析出强化作用， 2结果 使钢的强度水平有了大幅度提高.为在高强度 所测实验纲的临界点如表1所示. 条件下仍能保证钢具有高的塑性和韧性，大幅 度降低钢的碳、氮含量成为一种努力的方向.本 表1实验钢的临界点 ℃ 文以铜作为单一合金化元素，研究了高纯净含 T,A Aa T AnAn 铜热轧钢板的组织与性能， 770860880·752818845 注：Ts一铜溶入a-Fe的开始温度： 1实验 T-一铜由a-Fe中折出的开始温度 图1给出了实验钢经固溶时效处理后的硬 在高纯净钢的基础上单一加入铜，所得实 度值与退火温度和时间的关系.由图1可知，在 验钢成分（质量分数）为：0.0015%C,0.020%Si, 同一退火时间，随退火温度升高，实验钢的硬 0.017%Mn,0.0011%P,0.0004%S,<0.005%A1, 度提高.当时效温度低于500℃时，在退火时间 1.65%Cu,0.0014%N.用Gleeble1500热模拟实 小于10s的范围内，随退火时间增加，实验钢 验机测定临界点，试样尺寸为中10mm×70mm, 硬度提高，但未出现过时效阶段，且需要很长 将81个中15mm×20mm的圆柱样经840℃×600s 时间，才能达到较高的时效硬化水平，当退火 固溶处理，并分别在300,350,400,450,500,550， 温度高于500℃时，随退火时间的增长，实验钢 600,650和700℃作10,105,102,1025,10,1035， 的硬度提高，且达到峰值后，又逐步降低.随温 度升高，时效峰出现的时间逐渐缩短. 1999-01-19收稿任点平男，35岁，博士，副教授 *因家科技部攀登计划B预选项目第 12 卷 第 6 期 1 9 9 9 年 1 2 ·月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s ity o f S e i e n e e a n d Te eh n o l o gy B e ij i n g V bl . 21 D e C - N O . ` 1 9 9 9 铜 单一元素合金化热轧钢板的组织与性能 任慧平 1 ,2) 1 )北京科技大学材料科学 与工程学院 , 北京 毛卫 民 ” 10 0 0 8 3 2 )包头钢铁学院 , 包头市 0 14 0 10 摘 要 研 究 了铜单 一合 金 化高 纯 净热 轧钢 板在 时效退 火前 后 的组 织与性 能的关系 . 结果表 明 , 铜 具有 明显 的 时效 强化 作用 , 在 时效过 程 中铜 的析 出优 先于钢 板 的再结 晶 , 同时高纯净基 体 使钢 材保 持 了 良好 的塑 性 . 分 析表 明 , 铜 单 一合 金化 高纯净钢 具有 良好 的发展前 景 . 关 键词 铜 ; 高纯 净 钢 ; 时效析 出 ; 再 结 晶 分 类号 T G 16 2 . 83 铜 在钢 中具 有许 多优 良的 作用 〔团 , 铜 的存 在也 会造成钢 的热 脆 , 因 此铜 在钢 中的应用 受 到 一 定 阻 碍 . 在 冶 炼过程 中钢 中的铜 难于去 除 , 因 此 炼钢 原 料 中 的 铜 中受 到 了 人 们严 格 的控 制 . 即 使在含 铜 的耐蚀 钢 中其 含量 也被控制 在 0 . 2 % 一0 . 4 % 范 围 内 . 对钢 的强度 贡献而 言 , 只 有 铜含量 大于 .0 75 % 时 , 其强 化作用 才能 明 显显 现 , 但 此 时钢 会 产生 明显 的热 脆倾 向 17] . 因 此钢 中的含 铜量 一 般 不 超过 1% . 目前 含铜 高强 IF 钢 【8一` 0] 和耐蚀 性 良好 的船 舶用钢 〔,`〕相 继 问世 . 它 们 的共 同特 点是钢 中铜 含 量 超过 1% , 充分利用 了铜 的析 出强化作用 , 使钢 的强 度 水平有 了 大幅 度提 高 . 为在 高强度 条件下 仍 能保 证钢 具 有高 的 塑性 和 韧性 , 大幅 度 降低钢 的碳 、 氮 含量成为一种努力 的方 向 . 本 文 以铜 作 为 单一 合 金化元 素 , 研 究 了 高纯净含 铜 热轧钢 板 的组 织 与性 能 . 10 ` , 1 0 ` , , 10 , s 的时效处 理 , 检测试样的 H BR 硬 度 . 将经锻造 的实验钢板坯 由 20 m m 厚经 3 道 次 轧制成 Z m m 的薄板 . 开 轧温度为 9 0 ℃ , 终 轧 温度 为 7 50 ℃ . 将轧制 成的薄板切 割成 51 r n r n xl 6 r n 们。 的拉伸试样坯料 , 分别在 45 0 , 5 50 , 6 5 0 ℃ 加热 10 , 1 0 , , , 1 0 , , 10 , , , 10 , , 10 , · , , 10 ` , xo ` · , , 1护 s 并淬火 . 处 理后的板坯制成非标准试样 , 作 拉伸 实验 . 将热轧钢板试样在 8 40 ℃ 作 1 , 3 , 10 , 2 1 , 2 3 , 3 0 , 52 , 12 0 , 3 3 6 , 1 0 2 0 5 的退 火处理 , 并测 其 显 微硬度 . 2 结果 所测实验钢 的临界点如表 1 所示 . 表 1 实 验钢 的临界 点 ℃ 1 实 验 在 高纯净钢 的基础上 单一 加 入铜 , 所 得实 验 钢 成 分 (质量分 数 ) 为 : 0 . 0 15 % c , 0 . 0 2 0% is , 0 . 0 1 7% M n , 0 . 0 0 1 1% P , 0 . 0 0 0 4 % S , < 0 . 0 0 5% A I , 1 . 6 5 % C u , 0 . 0 0 1 4% N . 用 G l e e b l e 15 0 0 热模 拟实 验 机测 定 临界 点 , 试样尺 寸为 中10 m m x 70 ~ . 将 8 1个 中15 m m X 2 0 m m 的圆柱样 经 8 4 0 ℃ x 6 0 0 s 固溶处 理 , 并分 别在 3 0 0 , 3 5 0 , 4 0 0 , 4 5 0 , 5 0 0 , 5 5 0 , 6 0 0 , 6 5 0 和 7 O0 oC 作 1 0 , 10 , , , 1 0 , , 1 0 2 , , 10 , , 10 , , , 19 9 一 01 一 19 收稿 任 惹平 男 , 35 岁 , 博 士 , 副教 授 * 国家科技 部攀 登计 划 B 预选 项 目 sT A 。 , A ` 3 兀 A r l A r 3 7 7 0 860 8 80 ` 75 2 8 1 8 8 45 注 : sT 一铜溶入a 一 eF 的开始温度 ; 几一铜 由a 一 eF 中析出的 开始温度 图 1给 出了实验钢经 固溶时效处理后 的硬 度值与退火温度和时间的关系 . 由 图 1 可 知 , 在 同 一 退火时间 , 随退火温度升 高 , 实验 钢 的硬 度提 高 . 当时效温度低于 5 0 ℃ 时 , 在退 火时 间 小于 or , s 的范 围内 , 随退 火时 间增 加 , 实验 钢 硬 度提高 , 但 未出现 过时效阶 段 , 且需 要很长 时间 , 才能达到较高 的时效硬化 水平 . 当退 火 温度高于 5 0 ℃ 时 , 随退 火时 间 的增长 , 实验钢 的硬度提 高 , 且 达 到峰值后 , 又逐步 降低 . 随温 度升 高 , 时效峰 出现 的 时间 逐渐 缩短 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 06. 010