ZA TEPLA A ZA STUDENA VÁLCOVANÉ PÁSY Z RA-OCELÍ. Čestmír Lang a Ladislav Jílek b

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "ZA TEPLA A ZA STUDENA VÁLCOVANÉ PÁSY Z RA-OCELÍ. Čestmír Lang a Ladislav Jílek b"

Vítězslav Tobiška
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 ZA TEPLA A ZA STUDENA VÁLCOVANÉ PÁSY Z RA-OCELÍ Čestmír Lang a Ladislav Jílek b a Braunschweiger Str. 24, D Duisburg, SRN, cestmit.lang@freenet.de b VÍTKOVICE Výzkum a vývoj, spol. s r. o. Pohraniční 31, Ostrava 6, ČR ladislav.jilek@vitkovice.cz Abstrakt Za tepla a za studena válcované pásy z vysokopevných ocelí TRIP na bázi Si-Mn byly vyvinuty v Japonsku v 90. letech. Na rozdíl od mikrolegovaných ocelí, kde jsou pevnostní hodnoty dosahovány precipitací karbidů a karbonitridů vanadu, niobu nebo titanu, těží oceli TRIP z mikrostrukturního zpevnění bainitem a zbytkovým austenitem, který transformuje na martenzit v průběhu deformace za studena. Tento TRIP-efekt (transformation induced plasticity) vede k nejvyšším hodnotám součinu meze pevnosti a tažnosti (Rm x A ) ze všech vysocepevných ocelí. Konvenční ocel TRIP využívá legování 1,5 % Si a 2,0 % Mn pro dosažení bainitické struktury se zbytkovým austenitem, která se vytvoří při doválcování za tepla nebo při ochlazování za studena válcovaného pásu nebo během žíhacího cyklu. Tento příspěvek se zabývá vývojem za tepla válcovaných ocelí TRIP na bázi Al.-Mn V rámci referátu jsou diskutovány metalurgické principy, strategie válcování a dosahované mechanické vlastnosti. Abstract Hot strip RA-steels with the high aluminium content Hot and cold strip of high strength steels with the retained austenite with the Si-Mn alloying concept were developed in the 90ties in Japan. In contrast to the microalloyed steel, where the high strength values are caused by the precipitation of Nb, V, or Ti carbides or carbonitrides, the RA-steels show microstructural hardening by bainite and retained austenite, which transforms to the martensite during cold forming. Due to the TRIP-effect, these steels show the highest Rm x A values of the all families of HS- steels. The conventional RA-steel uses the combination of 1,5 % Si and 2,0 % Mn alloying to reach the bainitic structure with the retained austenite during cooling after hot rolling for hot strip or during annealing of the cold strip production. Our paper is devoted to the development of Mn-Al alloying concept for the hot strip production of RA-steels. The metallurgical principles, hot rolling schedules, and mechanical properties will be discussed. 1. HISTORICKÝ VÝVOJ Vedle dvoufázových (DP) ocelí, jejichž průmyslová aplikace začala v polovině 80. let nejdříve v oblasti disků autokol a později pro nárazníky osobních automobilů, se počátkem 90. let v Japonsku a koncem 90. let také v Evropě objevily na trhu RA-oceli, t.j. oceli s zbytkovým (Residual) nebo zadrženým (Retained) austenitem, které byly na počátku svého vývoje poněkud nepřesně označovány jako TRIP-oceli. Pojem TRIP nebo Transformation Induced Plasticity, vychází z anglosaské literatury a označuje již od 60. let známý efekt zvýšení plasticity oceli indukovaný transformací metastabilního austenitu na čerstvý martenzit v průběhu deformace za studena [1]. Tento efekt je doprovázen nejen zlepšením tažnosti, ale i zvýšením pevnosti. Původně byl TRIP-efekt průmyslově aplikován ve vývoji nerezavějících austenitických ocelí [2]. Na rozdíl od vysoce legovaných austenitů mají současné RA-oceli se zvýšenou tažností relativně jednoduché

2 chemické složení. Kdyby se ovšem konvenčně válcovaly na pásové trati, nebyly by s hodnotami meze pevnosti a tažnosti, odpovídajícími zhruba oceli St 52, vůbec atraktivní. 2. FYZIKÁLNĚ METALURGICKÝ KONCEPT Rozhodující ideou pro vývoj RA-ocelí bylo obohacení zadrženého austenitu uhlíkem v průběhu gamma-alfa transformace na nadeutektoidní obsah, což způsobí fixaci jinak metastabilního austenitu za pokojové teploty. Teplota počátku martenzitické přeměny (Ms) takto zadržené austenitické fáze se nachází pod pokojovou teplotou. Při válcování pásu za tepla lze tento požadavek realizovat tehdy, když se potlačí precipitace cementitu ze zadrženého metastabilního austenitu. Toho se dosáhne rychlým ochlazováním na teploty svinování ležící v oblasti tvorby dolního bainitu, kde je difúze uhlíku natolik potlačena, že se zabrání vylučování cementitu. Takový proces válcování a ochlazování samozřejmě sám o sobě nepostačuje. Dalším předpokladem jsou poměrně vysoké obsahy uhlíku kolem 0,20 % a legování prvky, jako např. Si, které brzdí precipitaci cementitu a přísada manganu zamezující tvorbu perlitu při ochlazování z doválcovací teploty [3,4]. 3. PÁS VÁLCOVANÝ ZA TEPLA Prvním předpokladem pro zadržení dostatečného množství vysoceuhlíkové austenitické fáze je rychlá tvorba feritu, kterou - podobně jako v případě DP-ocelí - zajistí legování křemíkem [5]. Dalším nezbytným předpokladem je navíjení pásu v oblasti dolního bainitu, v úzkém rozmezí teplot kolem 400 C. Pro takto vyrobené ocelové pásy se pro obsahy uhlíku mezi 0,10 až 0,20 % udávají v literatuře pevnostní hodnoty mezi 600 až 1000 MPa, přičemž maximální obsah austenitu dosahuje 15 %. Podle Tsukataniho [6] se obdrží nejvyšší obsah zadrženého austenitu tehdy, když součet (Mn+Si) je zhruba na úrovni 3,5 %. Schematické znázornění procesu výroby dokumentuje obr % ferit perlit teplota ( C) Ms (cca. 0,2 %C) Ms (cca. 0,4 %C) bainit 0 Ms (cca. 1,2 %C) čas Obr. 1 Ideální proces výroby RA-pásu při válcování za tepla

3 Zatímco japonské RA-oceli používají přídavek křemíku, vyvinula německá firma ThyssenKrupp Stahl ocel, v níž je křemík nahrazen zhruba 1,5 2,0 % Al [7]. Obr.2 ukazuje závislost meze pevnosti na teplotě svinování pro RA-ocel o složení 0,20 % C - 1,4 % Mn 1,8 % Al. Teplota doválcování se pohybovala v rozmezí C. Pouze při svinovacích teplotách nad 350 C je možno dosáhnout mikrostrukturu se zadrženým austenitem. Pod touto teplotou je obsah martenzitu tak vysoký, že mez pevnosti prudce vzrůstá nad 1000 MPa [8]. Obr. 2 Mez pevnosti RA-oceli jako funkce svinovací teploty Na obr. 3 je optimální teplotní a ochlazovací kombinace, která dává obsah zadrženého austenitu kolem 18 % i požadované vysoké hodnoty tažnosti, porovnána se dvěma dalšími variantami. Vysoká teplota doválcování kolem 900 C vedla přes optimální teplotu svinování k příliš hrubému feritickému zrnu a nízkému obsahu feritické fáze kolem 50 %, což se odrazilo v tom, že místo jemného dolního bainitu vznikl hrubý jehlicovitý bainit. Obsah zbytkového austenitu byl příliš nízký - pouhých 5,5 %. Výsledkem byla sice vysoká mez pevnosti, ale současně i pokles tažnosti. Při teplotě svinování kolem 50 C se dosáhlo klasické dvoufázové mikrostruktury s pevností nad 1200 MPa, ale s velmi nízkou tažností. 4. PÁS VÁLCOVANÝ ZA STUDENA RA-oceli válcované za studena se prakticky dají vyrábět pouze v průběžných žíhacích pecích. Koncept jejich realizace vychází z žíhacího cyklu DP-ocelí: spočívá v rekrystalizačním žíhání v teplotní oblasti mezi Ac1 a Ac3, přičemž se v konečném stupni přestárnutí, který se obvykle používá pro hlubokotažné oceli, realizuje závěrečné obohacení austenitické fáze uhlíkem v oblasti dolního bainitu [9,10].

4 Obr. 3 Typické mikrostruktury za tepla válcovaného pásu složení oceli: 0,20 %C - 1,4 %Mn - 1,8 %Al Obr. 4 ukazuje schematický průběh žíhacího cyklu pro RA- a DP-oceli. Po velmi rychle ukončené rekrystalizaci v průběhu interkritického žíhání začíná rozpad perlitu a tvorba austenitické fáze. Na konci interkritického žíhání se nachází uhlík v rovnovážném stavu (bod 2). V průběhu následujícího pomalého ochlazování se austenit obohacuje uhlíkem, což vede k žádoucímu zpoždění transformace zadrženého austenitu. Zatímco se při žíhání DP-ocelí 1 ferit 2 3 0,5%C austenit A e3 cca 800 C teplota, C 4 5 1,2%C Bs cca 400 C 4 5 DP Ms RA DP RA obsah uhlíku, % čas Obr. 4 Schématické znázornění interkritického žíhacího cyklu pro RA a DP-oceli válcované za studena

5 s prudkým ochlazením se transformuje zbytek austenitu na martenzit, následuje u RA- ocelí prodleva v oblasti dolního bainitu při 400 C. ThyssenKrupp Stahl nabízí v současné době za studena válcované RA-oceli ve dvou pevnostních stupních RA-K s minimální mezí pevnosti 700 MPa a RA-K s minimání mezí pevnosti 800 MPa. Typické součásti osobních automobilů vylisované z RAocelí ukazuje obr. 5 [11]. Obr. 5 Typické součásti vyrobené z RA-ocelí válcovaných za studena podélný nosník, ocel RA-K 42/80, tloušťka 1 mm (vlevo) podélný nosník, ocel RA-K 40/70, tloušťka 1 mm (vpravo) LITERATURA 1. ZACKAY, V. F., PARKER, E. R., FAHR, D., BUSCH, R.: Transactions of the ASM 1967, roč. 60, s MURATA, Y., OHASHI, S., UEMATSU, Y.: Tetsu-to-Hagane 1992, roč. 78, č. 3, s SUGIMOTO, K.I., KOBAJASHI, M., HASHIMOTO, S.: ISIJ International 1992, roč.32, s MATSUMURA, 0., SAKUMA, Y., ISHI, Y., ZHAO, J.: ISIJ International 1992, 32, s KAWANO,O., TAKAHASHI, M., WAKITA, J., ESAKA, K., ABE, H.: Proceedings of the Conference Thermec, Tokio1988, Vol. 2, s TSUKATANI, I.: CAMP-ISIJ 1995, 8, s HELLER, T., ENGL, B., STICH, G., THIEMANN, G.: Proceedings of the Conference Thermomechanical Processing of Steels, London 2000, s EHRHARDT, B: High strength hot- and cold-rolled strips with superior formability obtained by transformation-induced plasticity. Final Report EGKS-Prg EA D3, MATSUMURA, O., SAKUMA, Y., TAKESHI, H.: Transactions ISIJ, 1987, roč. 27, č. 7, s SAKUMA, Y., TAKESHI, H.: Metallurgical Transactions A, 1991, roč. 22A, č. 2. s SCHAUMANN, W., HELLER, T., PALKOWSKI, H.: Blech, Rohre, Profile, 2001, roč. 48, č. 9, s

Podobné dokumenty

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI David Aišman D.Aisman@seznam.cz ABSTRACT Tato práce se zabývá možnostmi tepelného zpracování pro experimentální ocel 42SiCr. Jedná