BADANIE WPŁYWU PARAMETRÓW PROFILU TEMPERATUROWEGO DLA PROCESU WYŻARZANIA CIĄGŁEGO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BLACH CIENKICH ZE STALI DP

Transkrypt

1 42 Prace IMŻ 2 (2011) Ryszard MOLENDA, Roman KUZIAK Instytut Metalurgii Żelaza BADANIE WPŁYWU PARAMETRÓW PROFILU TEMPERATUROWEGO DLA PROCESU WYŻARZANIA CIĄGŁEGO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BLACH CIENKICH ZE STALI DP W artykule przedstawiono wyniki symulacji procesu ciągłego wyżarzania taśm ze stali DP zrealizowanej za pomocą systemu Gleeble 3800.Wyznaczono właściwości mechaniczne oraz zbadano strukturę stali po przeprowadzonych eksperymentach. Proces ciągłego wyżarzania zrealizowany zgodnie z wariantami polegającymi na hartowaniu bezpośrednio z temperatur zakresu międzykrytycznego doprowadził do wytworzenia w stali struktury ferrytycznomartenzytycznej z niewielkim udziałem bainitu. Właściwości mechaniczne taśm w zalezności od warunków zastosowanej obróbki cieplnej są następujące: R m MPa, R e(0,2) MPa, A %, n (wykładnik umocnienia) 0,14 0,24%. Realizacja ciągłego wyżarzania taśm ze stali DP zgodnie z wariantem CAG pozwoliła na uzyskanie stabilnych właściwości mechanicznych w szerokim zakresie temperatur wyżarzania międzykrytycznego. Słowa kluczowe: stal DP, wyżarzanie ciągłe, właściwości mechaniczne, system Gleeble EXAMINATION OF THE IMPACT OF TEMPERATURE PROFILE PARAMETERS FOR CONTINUOUS ANNEALING PROCESS ON MECHANICAL PROPERTIES OF THIN PLATES OF DP STEEL The article presents results of DP steel strip continuous annealing simulation conducted by means of Gleeble 3800 system. Mechanical properties were determined and steel structure was examined following the realized experiments. Continuous annealing realized according to options consisting in tempering directly from temperatures of intercritical range led to formation of ferrite martensite steel structure with a minor share of bainite. Mechanical properties of strips following the said procedure are the following: R m MPa, R e(0,2) MPa, A %, n %. Realization of continuous annealing of DP steel strips in line with CAG option made it possible to obtain stable mechanical properties in wide range of intercritical annealing temperatures. Key words: DP steel, continuous annealing, mechanical properties, Gleeble system 1. CEL BADAŃ Celem badań było przeprowadzenie symulacji fizycznej procesu ciągłego wyżarzania blach ze stali DP. Zaprojektowano i przeprowadzono szereg wariantów wyżarzania ciągłego zimnowalcowanych blach ze stali DP za pomocą symulatora Gleeble 3800 w połączeniu z badaniami struktury i właściwości mechanicznych. Uzyskane wyniki umożliwią dobór optymalnych pod względem zużycia energii parametrów prowadzenia procesu w warunkach przemysłowych oraz zapewnią produkcję blach o odpowiednich właściwościach mechanicznych. 2. MATERIAŁ DO BADAŃ Podstawowym materiałem badań była walcowana na zimno w warunkach przemysłowych blacha o grubości 1,2 mm, o składzie chemicznym podanym w tablicy 1, oznaczona symbolem DP1. Z arkuszy blach wykonano próbki o wymiarach ,2 mm, na których przeprowadzono zaprojektowane eksperymenty ciągłego wyżarzania. W celu przeprowadzenia badań dylatometrycznych, dodatkowo wykonano wytop laboratoryjny stali oznaczonej symbolem DP2 o składzie chemicznym przedstawionym również w tablicy 1. Wlewek stali Tablica 1. Składy chemiczne badanych stali typu DP Table 1. Chemical composition of the examined DP steels Symbol Zawartość pierwiastków; % mas. C Mn Si P S Cr Mo V B DP1 0,13 1,38 0,25 0,016 0,006 0,25 0,087 0,004 0,001 DP2 0,12 1,42 0,19 0,014 0,009 0,27 0,075 0,

2 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego DP2 przekuto na gorąco na pręty o średnicy 12 mm, z których następnie wykonano próbki dylatometryczne o wymiarach φ4 7 mm oraz próbki cylindryczne o wymiarach φ10 12 mm, na których przeprowadzono doświadczenia mające na celu opracowanie wstępnych warunków nagrzewania i chłodzenia dla wytwarzania struktury ferrytyczno-martenzytycznej. Rys. 1. Schemat ideowy układu doświadczalnego w symulatorze Gleeble 3800 do badania procesu ciągłego wyżarzania taśm ze stali DP Fig. 1. Schematic diagram of experimental system in Gleeble 3800 simulator for examination of DP steel strips continuous annealing process 3. SYMULACJA FIZYCZNA PROCESU WYŻARZANIA CIĄGŁEGO BLACH CIENKICH ZE STALI DP Na podstawie wyników badań dylatometrycznych i badań nad obróbką cieplną opracowano szereg różnych wariantów wyżarzania ciągłego blach ze stali DP. W oparciu o zaprojektowane profile temperaturowe zrealizowano następujący program badań: przeprowadzono symulację ciągłego wyżarzania badanych blach za pomocą symulatora Gleeble; wyznaczono właściwości mechaniczne próbek stali po różnych wariantach wyżarzania ciągłego; przeprowadzono badania struktury stali za pomocą mikroskopu świetlnego oraz elektronowego mikroskopu skaningowego. Symulację procesu ciągłego wyżarzania taśm ze stali DP1 przeprowadzono z wykorzystaniem symulatora Gleeble Schemat ideowy doświadczalnego układu pomiarowego przedstawiono na rys. 1. Proces ciągłego wyżarzania próbek ze stali DP realizowano według trzech wariantów, które oznaczono następującymi symbolami: H(1,2), H(1,2)G, CAG. Na rys. 2. przedstawiono schematycznie profile termiczne zrealizowane w trakcie przeprowadzonych symulacji dla wariantów H(1,2). Cyfry 1 i 2 oznaczają różne szybkości chłodzenia. Przebieg wyżarzania ciągłego realizowanego według wariantu H(1,2)G przedstawiono schematycznie na rys. 3. Próbki ze stali DP nagrzewano w symulatorze Gleeble od temperatury otoczenia To do temperatury T1 ze stałą szybkością 3 C/s. Wartość temperatury T1 wynosiła Tz 10 C, gdzie Tz jest temperaturą piku cyklu termicznego. W przedziale temperatur T1 Tz szybkość nagrzewania była zmniejszona do wartości 0,25 C/s. Po nagrzaniu próbki do temperatury Tz, chłodzono ją do temperatury otoczenia z szybkością wynoszącą 50 C/s dla wariantu H1 i 90 C/s dla wariantu H2. Warianty H1G i H2G uwzględniają obróbkę cieplną przeprowadzoną zgodnie z wariatami H1 i H2 oraz dodatkowo zabieg cieplny, który odwzorowuje warunki Rys. 2. Profil temperaturowy dla symulacji wyżarzania ciągłego według wariantu H(1,2) Fig. 2. Temperature profile for continuous annealing simulation according to option H(1,2)

3 44 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) Rys. 3. Profil temperaturowy dla symulacji wyżarzania ciągłego według wariantu H(1,2)G Fig. 3. Temperature profile for continuous annealing simulation according to option H(1,2)G Rys. 4. Profil temperaturowy dla symulacji wyżarzania ciągłego według wariantu CAG Fig. 4. Temperature profile for continuous annealing simulation according to CAG option procesu cynkowania ogniowego. Nieco bardziej złożony charakter ma wariant wyżarzania oznaczony symbolem CAG, którego przebieg przedstawiono na rys. 4. Proces wyżarzania ciągłego blach realizowany według tego wariantu różni się zasadniczo od wariantów H1G i H2G tym, że chłodzenie próbki z temperatury Tz do temperatury 320 C przeprowadzono w czterech kolejnych etapach. Bardzo ważny dla kształtowania mikrostruktury i właściwości mechanicznych taśm jest etap chłodzenia od temperatury 700 do 350 C, który zrealizowano ze średnią szybkością wynoszącą 40 C/s. W zakresie temperatur przemiany martenzytycznej, tj. w przedziale C, szybkość chłodzenia zmniejszono do wartości 0,6 C/s. Symulację procesu cynkowania ogniowego w omawianym wariancie przeprowadzono podobnie jak w wariantach H1G i H2G, z tą jed- nak różnicą, że rozpoczyna się ona przy temperaturze 320ºC. 4. WYNIKI BADAŃ 4.1. WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURA BLACHY ZIMNOWALCOWANEJ W STANIE WYJŚCIOWYM Blachy taśmowe do symulacji wyżarzania ciągłego uzyskano w wyniki przewalcowania na zimno blach gorącowalcowanych. Warunki chłodzenia po walcowaniu na gorąco dobrano tak, aby w blachach uzyskać strukturę ferrytyczno-perlityczną. Zimnowalcowane blachy ze stali DP charakteryzują się wysoką wytrzymałością,

4 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego co jest efektem umocnienia odkształceniowego, i niską ciągliwością. Na przykład próbka ze stali DP1 wykazuje następujące właściwości mechaniczne: R e0,2 = 926 MPa, R m = 1019 MPa, A50 = 2,7%, n = 0,07. Strukturę tej blachy (rys. 5). tworzą silnie wydłużone w wyniku odkształcenia ziarna ferrytu z koloniami perlitu. Granice między koloniami perlitu a osnową ferrytu nie podlegają dekohezji w wyniku odkształcenia próbki, natomiast występuje silne odkształcenie płytek cementytu (rys. 5b) KINETYKA REKRYSTALIZACJI FERRYTU W STALI DP Kinetykę rekrystalizacji ferrytu zachodzącą podczas ciągłego wyżarzania stali DP wyznaczono w oparciu o pomiar twardości metodą Vickersa na standartowych próbkach stosowanych w symulatorze Gleeble. Wyżarzanie próbek przeprowadzono przy temperaturach w zakresie C. Kinetykę rekrystalizacji wyznaczono z zależności: H0 - HT FZR = H 0 - H ZR gdzie: FZR udział frakcji zrekrystalizowanej HO twardość próbki w stanie wyjściowym HT twardość próbki po wyżarzaniu w temperaturze T HZR twardość próbki zrekrystalizowanej Na rys. 6 przedstawiono przebieg krzywej rekrystalizacji ferrytu w stali DP w funkcji temperatury ciągłego wyżarzania. Przeprowadzone badania metalograficzne wyżarzanych w sposób ciągły próbek ze stali DP1 pozwoliły na obserwację procesu rekrystalizacji ferrytu oraz roza) b) Rys. 5. Struktura zimnowalcowanej blachy ze stali DP Fig. 5. Structure of cold rolled DP steel plate Rys. 6. Kinetyka rekrystalizacji ferrytu w trakcie ciągłego wyżarzania stali DP1 Fig. 6. Ferrite recrystallization kinetics during continuous annealing of DP1 steel

5 46 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) a) puszczania płytek cementytu w perlicie. Przy temperaturze wyżarzania równej 610 C w strukturze stali DP zabserwowano początkowe etapy rekrystalizacji (rys. 7a) oraz proces rozpuszczania płytek cementytu w perlicie, a także ich koagulację (rys. 7b,c). Wyżarzanie stali w temperaturze 690 C prowadzi do zrekrystalizowania około 90% objętości próbki. Wewnątrz zrekrystalizowanych ziaren, na ich granicach oraz w punktach potrójnych występują sferyczne cząstki cementytu (rys. 8). Podobne obrazy struktury uzyskano po wyżarzaniu stali w temperaturze 700 C (rys. 9a,b) WYNIKI BADAŃ DYLATOMETRYCZNYCH W oparciu o przeprowadzone badania z wykorzystaniem dylatometru Bähr określono punkty przełomowe A c1 i A c3 oraz zbadano przemianę wyjściowej mikrostruktury blach w austenit, przy szybkości nagrzewania wynoszącej 3 C/s.Wyznaczone temperatury charaktery- b) a) c) b) Rys. 7. Struktura stali DP po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H1; T = 610 C Fig.7. Structure of DP steel following annealing according to option H1; T= 610 C Rys. 8. Struktura stali DP po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H1; T = 690 C Fig. 8. Structure of DP steel following annealing according to option H1; T= 690 C

6 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego a) b) Rys. 9. Struktura stali DP po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H1; T = 700 C Fig. 9. Structure of DP steel following annealing according to option H1; T= 700 C styczne wynoszą odpowiednio: A c1 = 740 C i A c3 = 881 C. Zmiany udziału austenitu w trakcie nagrzewania stali przedstawiono na rys. 10. Na rysunku tym przedstawiono również wyniki obliczeń równowagowych z wykorzystaniem programu ThermoCalc. Stwierdzono rozbieżność między wynikami badań dylatometrycznych, a wynikami obliczeń za pomocą programu ThermoCalc. Wyniki badań dylatometrycznych wskazują, że początkowo w przedziale temperatur C przemiana zachodzi wolno, natomiast znaczący wzrost szybkości przemiany struktury wyjściowej obserwuje się powyżej temperatury 775 C (rys. 10). Jak wiadomo przemiana ferrytu w austenit w stalach o wyjściowej strukturze ferrytyczno-perlitycznej zachodzi w dwu etapach. W etapie pierwszym zachodzi rozpuszczanie perlitu w ferrycie, który następnie bardzo szybko przemienia się w austenit. Pewne cechy pierwszego etapu przemiany, które będą przedmiotem odrębnego opracowania, powodują, że może on zachodzić bez zmiany objętości próbki. Z tego powodu, nie ujawnia się on na krzywej dylatacyjnej WYNIKI BADAŃ WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH BLACH TAŚMOWYCH ZE STALI DP PO WYŻARZANIU CIĄGŁYM ZREALIZOWANYM WG WARIANTÓW H1 ORAZ H2 Wariant H1 wyżarzania ciągłego polegał na nagrzewaniu próbek stali od temperatury otoczenia do temperatur zawartych w przedziale A c1 A c3, mianowicie do temperatury Tz równej odpowiednio : 755, 765, 790, 815, 840 i 865 C. Stosowano dwie szybkości nagrzewania: w początkowym etapie od temperatury otoczenia do temperatury (Tz 10 C) szybkość wynosiła 3 C/s Rys. 10. Przemiana wyjściowej struktury w austenit podczas nagrzewania próbki ze stali DP1 z szybkością 3 C/s Fig. 10. Transformation of initial structure into austenite during DP1 steel sample heating with the rate of 3 C/s

7 48 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) oraz w końcowym etapie nagrzewania, do temperatury Tz z szybkością równą 0,25 C/s. Po nagrzaniu próbek do temperatury Tz chłodzono je za pomocą mgły wodno-powietrznej ze średnią szybkością wynoszącą 50 C/s. Wyniki pomiarów właściwości mechanicznych blach wyżarzanych według wariantu H1 przedstawiono na rys. 11. Przedstawione wyniki wskazują wyraźnie, że w miarę wzrostu temperatury wyżarzania rośnie zarówno umowna granica plastyczności R e0,2 jak również wytrzymałość na rozciąganie Rm. Nagrzewanie badanej stali w zakresie międzykrytycznym prowadzi do częściowej przemiany α + P γ. Udział austenitu rośnie z temperaturą wyżarzania (rys. 10). W trakcie szybkiego chłodzenia struktury składającej się z ferrytu i austenitu następuje przemiana γ α. Efektem końcowym przeprowadzonej obróbki cieplnej jest utworzenie struktury ferrytyczno-martenzytycznej. Wytrzymałość na rozciąganie stali DP zależy liniowo od udziału martenzytu w ich strukturze, który z kolei zależy od wyjściowego udziału austenitu, a zatem od temperatury wyżarzania międzykrytycznego. Po wyżarzaniu stali w temperaturze 755 C granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie wynoszą, odpowiednio, 325 i 745 MPa. W miarę wzrostu temperatury wyżarzania stwierdza się liniowy wzrost obu tych wielkości, które po zasto- Rys. 11. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wytrzymałością na rozciąganie i granicą plastyczności po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem H1 Fig. 11. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, tensile strength and plastic yield following simulation of continuous annealing according to option H1 Rys. 12. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wydłużeniem całkowitym A50 oraz wykładnikiem umocnienia n po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem H1 Fig. 12. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, total elongation A50 and strengthening exponent n following simulation of continuous annealing according to option H1

8 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego sowaniu temperatury wyżarzania 840 C osiągają wartości, odpowiednio, 423 i 793 MPa. Po wyżarzaniu stali DP w przedziale temperatur C obserwuje się korzystną relację między umowną granicą plastyczności a wytrzymałością na rozciąganie, mianowicie, iloraz R e0,2 /R m mieści się w przedziale 0,43 0,53, co korzystnie wpływa na umocnienie stali w procesie kształtowania na zimno. Zależności między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego a wydłużeniem całkowitym A 50 oraz wykładnikiem umocnienia n przedstawiono na rys. 12. Wydłużenie całkowite próbek DP1 po wyżarzaniu w przedziale temperatur C wynosi około 20%. Wzrost temperatury wyżarzania do 865 C, powoduje spadek A 50 do wartości 16,8%. Wartości wykładnika umocnienia n stali wyżarzanej w temperaturze 755 C wynosi 0,24 i zmniejsza się w miarę wzrostu temperatury wyżarzania, osiągając przy temperaturze 840 C wartość 0,19. Wariant wyżarzania ciągłego H2 różni się od wariantu H1 głównie tym, że chłodzenie próbki od temperatury zadanej Tz realizowano ze średnią szybkością wynoszącą 90 C/s. Wyniki pomiarów właściwości mechanicznych blach wyżarzanych według wariantu H2 przedstawiono na rys. 13. Wyniki przedstawione na rysunku 13 wskazują, że w miarę wzrostu temperatury wyżarzania stali DP ro- Rys. 13. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wytrzymałością na rozciąganie i granicą plastyczności po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem H2 Fig. 13. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, tensile strength and plastic yield following simulation of continuous annealing according to H2 option Rys. 14. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wydłużeniem całkowitym A50 oraz wykładnikiem umocnienia n po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem H2 Fig. 14. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, total elongation A50 and strengthening exponent n following simulation of continuous annealing according to option H2

9 50 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) śnie zarówno umowna granica plastyczności R e0,2, jak również wytrzymałość na rozciąganie R m. Po wyżarzaniu stali w temperaturze 765 C, granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie wynoszą, odpowiednio, 407 i 832 MPa. W miarę wzrostu temperatury wyżarzania stwierdza się w przybliżeniu liniowy wzrost obu tych wielkości i przy temperaturze wyżarzania wynoszącej 890 C wartości granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie wynoszą, odpowiednio, 697 i 1015 MPa. Przy wyżarzaniu stali DP1 w przedziale temperatur C wartość ilorazu R e0,2 /R m mieści się w przedziale 0,49 0,56. Zależności między temperaturą wyżarzania w wariancie H2, a wydłużeniem całkowitym A 50 oraz wykładnikiem umocnienia n przedstawiono na rys. 14. Wykładnik umocnienia n dla próbki ze stali DP1 wyżarzanej zgodnie z wariantem H2, w przedziale temperatur C mieści się w przedziale 0,19 0,14. Wartość wydłużenia całkowitego, A 50, próbki przy temperaturze wyżarzania 765 C wynosi 12% i spada ze wzrostem temperatury wyżarzania osiągając 7% przy temperaturze 890 C WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE STALI DP1 PO WYŻARZANIU CIĄGŁYM ZREALIZOWANYM WG WARIANTU H1G I H2G Wariant H1G składa się z dwu etapów wyżarzania; z opisanego powyżej etapu H1 oraz następującego po nim etapu G, który stanowi obróbkę cieplną, której Rys. 15. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wytrzymałością na rozciąganie i granicą plastyczności po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem H1G Fig. 15. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, tensile strength and plastic yield following simulation of continuous annealing according to H1G option Rys. 16. Względne obniżenie wytrzymałości na rozciąganie w funkcji temperatury wyżarzania próbek DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zrealizowanej wg wariantu H1G Fig. 16. Relative reduction in tensile strength as a function of DP1 samples annealing temperature following simulation of continuous annealing according to H1G option

10 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego przebieg czasowo-temperaturowy odpowiada procesowi cynkowania ogniowego blach cienkich. Na rys. 15 przedstawiono zależności między umowną granicą plastyczności i wytrzymałością na rozciąganie próbek DP1 a temperaturą wyżarzania ciągłego zrealizowanego według wariantu H1G. Jak oczekiwano w miarę wzrostu temperatury wyżarzania następował wzrost granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie próbek. Zaobserwowano, że poziom wytrzymałości na rozciąganie próbek DP1 po wyżarzaniu przeprowadzonym według wariantu H1G jest niższy o kilkanaście procent w stosunku do wartości, jakie uzyskiwała taśma po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H1 (rys. 16). Równocześnie zaobserwowano wyraźny przyrost umownej granicy plastyczności badanej stali w stosunku do wartości, jaką uzyskała stal po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H1 co przedstawiono na rys. 17. Przyrost granicy plastyczności próbek wynosił 28 45% w odniesieniu do wartości, jakie uzyskano po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H1. Wartość wydłużenia całkowitego, A 50, nieznacznie spada w miarę wzrostu temperatury wyżarzania międzykrytycznego, rys.18. Wartość ta zmienia się w przedziale 21,8 17%, odpowiednio, przy temperaturach wyżarzania wynoszących 755 i 840 C. Wartość wykładnika umocnienia n zmienia się w przedziale 0,13 0,19 i jest nieznacznie niższa od wartości, które uzyskały próbki po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H1. Rys. 17. Względny wzrost granicy plastyczności próbek stali DP po symulacji wyżarzania ciągłego zrealizowanego wg wariantu H1G Fig. 17. Relative increase in plastic yield of DP steel samples following simulation of continuous annealing according to H1G option Rys. 18. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego próbek DP1 a wydłużeniem całkowitym A50 oraz wykładnikiem umocnienia n po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem H1G Fig. 18. Relation between DP1 samples intercritical annealing temperature, total elongation A50 and strengthening exponent n following simulation of continuous annealing according to option H1G

11 52 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) Zaobserwowano również, że wartości ilorazu R e /R m dla próbek DP1 po obróbce cieplnej według wariantu H1G wykazują nieznaczne wahania i zawierają się w przedziale 0,72 0,79. Należy stwierdzić, że takie relacje między umowną granicą plastyczności a wytrzymałością w przypadku stali DP są niekorzystne. Na rys. 19 przedstawiono zależności między umowną granicą plastyczności i wytrzymałością na rozciąganie stali DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zrealizowanej wg wariantu H2G. Zaobserwowano, że wytrzymałość na rozciąganie próbek stali DP po symulacji wyżarzania, przeprowadzonej według wariantu H2G jest niższa o około 15% w porównaniu do wartości, jakie uzyskiwała taśma po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H2 (rys. 20.) Stwierdzono natomiast wyraźny wzrost granicy plastyczności badanej stali po zastosowanej obróbce, co przedstawiono na rys. 21. Przyrost granicy plastyczności próbek DP1 wynosił 18 39% w stosunku do wartości, jakie uzyskano po wyżarzaniu próbki zgodnie z wariantem H2. Zmierzone wartości wydłużeń całkowitych, A 50, są stosunkowo niewielkie i wyraźnie zmniejszają się w miarę wzrostu temperatury wyżarzania. Wartości wydłużenia, A 50, mieszczą się w przedziale 12 7% po zastosowaniu temperatur, odpowiednio, 765 i 890 C. Wartości wykładnika umocnienia n mieszczą się w przedziale 0,13 0,09 i są wyraźnie niższe od wartości, które uzyskała próbka po wyżarzaniu zgodnie z wariantem H2. Rys. 19. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wytrzymałością na rozciąganie i granicą plastyczności po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem H2G Fig. 19. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, tensile strength and plastic yield following simulation of continuous annealing according to H2G option Rys. 20. Względny spadek wytrzymałości na rozciąganie taśm ze stali DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zrealizowanego wg wariantu H2G Fig. 20. Relative reduction in tensile strength of DP1 steel strips following simulation of continuous annealing according to H2G option

12 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego Rys. 21. Względny wzrost granicy plastyczności stali DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zrealizowanej wg wariantu H2G Fig. 21. Relative increase in plastic yield of DP1 steel following simulation of continuous annealing according to H2G option 4.6.WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE STALI DP1 PO SYMULACJACH WYŻARZANIA CIĄGŁEGO ZREALIZOWANYCH WG WARIANTU CAG We wstępnym etapie badawczym procesu ciągłego wyżarzania blach ze stali DP1 realizowanym zgodnie z wariantem CAG zastosowano temperatury znajdujące się w pobliżu punktu przełomowego Ac1 a konkretnie: 700, 725 i 750 C. Miało to na celu z jednej strony poznanie zmian zachodzących w strukturze stali oraz określenie w jakim stopniu te zmiany wpływają na jej właściwości mechaniczne. Wyniki badań właściwości mechanicznych blach wyżarzanych zgodnie z wariantem CAG przedstawiono na rys. 22 i 23. Na podstawie wyników z prób wytrzymałościowych blach cienkich ze stali DP1 wyżarzanych przy temperaturach: 700, 725 i 750 C stwierdzono, że wytrzymałość na rozciąganie nieznacznie wzrasta w miarę wzrostu temperatury i osiąga wartości wynoszące odpowiednio Rys. 22. Zależność między temperaturą wyżarzania stali DP1 a wytrzymałością na rozciąganie i granicą plastyczności po wyżarzaniu ciągłym przeprowadzonym zgodnie z wariantem CAG Fig. 22. Relation between DP1 steel annealing temperature, tensile strength and plastic yield following continuous annealing according to CAG option

13 54 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) Rys. 23. Zależność między temperaturą wyżarzania stali DP1 a wydłużeniem całkowitym A50 oraz wykładnikiem umocnienia n po wyżarzaniu ciągłym przeprowadzonym zgodnie z wariantem CAG Fig. 23. Relation between DP1 steel annealing temperature, total elongation A50 and strengthening exponent n following continuous annealing according to option CAG 511, 525 i 535 MPa. Granica plastyczności zmniejsza się w miarę wzrostu temperatury wyżarzania i osiąga wartości wynoszące: 448, 384 i 325 MPa. Wyniki pomiarów właściwości mechanicznych blach wyżarzanych według wariantu CAG w zakresie temperatur międzykrytycznych przedstawiono na rys. 24. Na podstawie wyników badań właściwości wytrzymałościowych próbek DP1, po symulacjach wyżarzania ciągłego zgodnie z wariantem CAG, stwierdzono, że wytrzymałość na rozciąganie nieznacznie wzrasta i osiąga wartości wynoszące odpowiednio MPa w przedziale temperatur wyżarzania międzykry- Rys. 24. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wytrzymałością na rozciąganie i granicą plastyczności po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem CAG Fig. 24. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, tensile strength and plastic yield following simulation of continuous annealing according to CAG option

14 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego Rys. 25. Zależność między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego stali DP1 a wydłużeniem całkowitym A50 oraz wykładnikiem umocnienia n po symulacji wyżarzania ciągłego przeprowadzonej zgodnie z wariantem CAG Fig. 25. Relation between DP1 steel intercritical annealing temperature, total elongation A50 and strengthening exponent n following simulation of continuous annealing according to CAG option tycznego C. Granica plastyczności wykazuje nieznaczne oscylacje wokół wartości około 310 MPa. Stwierdzono korzystną dla formowania blach relację między granicą plastyczności a wytrzymałością na rozciąganie taśm wyżarzanych według wariantu CAG. Wartość R e0,2 /R m jest niska i mieści się w przedziale 0,47 0,49. Wydłużenie całkowite A 50 badanych próbek jest wysokie i mieści się w przedziale 28 23%. Podobnie wysokie wartości uzyskuje wykładniki umocnienia n, którego wartość mieści się w przedziale 0,21 0,23 (rys. 25). Należy podkreślić, wyżarzanie blach cienkich ze stali DP1 zgodnie z wariantem CAG spowodowało uzyskanie stabilnych właściwości mechanicznych i plastycznych w szerokim zakresie temperatur zawierających się w przedziale C STRUKTURA BLACH CIENKICH PO SYMULACJACH WYŻARZANIA CIĄGŁEGO WYKONANYCH ZGODNIE Z WARIANTAMI H1 I H2 Po symulacji wyżarzania ciągłego blachy cienkie ze stali DP1 charakteryzują się strukturą ferrytycznomartenzytyczną z niewielkim udziałem bainitu (rys. 26; 27 i 28). a) b) Rys. 26. Struktura stali DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zgodnie z wariantem H1. Temperatura wyżarzania międzykrytycznego wynosiła 790 C Fig. 26. Structure of DP1 steel following continuous annealing simulation according to H1 option. Temperature of intercritical annealing was 790 C

15 56 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) a) b) Rys. 27. Struktura stali DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zgodnie z wariantem H1. Temperatura wyżarzania międzykrytycznego wynosiła 815 C Fig. 27. Structure of DP1 steel following continuous annealing simulation according to H1 option. Temperature of intercritical annealing was 815 C gdzie: C cał zawartość węgla w stali C M stężenie węgla w martenzycie V M ułamek objętości martenzytu C F stężenie węgla w ferrycie V F ułamek objętości ferrytu Ponieważ stężenie węgla w ferrycie w temperaturze 20 C wynosi 0,008%, to wartość iloczynu C F V F jest na tyle niska, że można ją pominąć i wówczas stężenie węgla w martenzycie można wyliczyć z równ. (2): Ccal CM = (2) VM Udział martenzytu w badanej stali po symulacjach wyżarzania ciągłego realizowanych zgodnie z wariantami H1 i H2 zależy od temperatury wyżarzania i od szybkości chłodzenia. Wytrzymałość na rozciąganie stali DP1 rośnie liniowo ze wzrostem udziału fazy (rys. 29). Rys. 28. Struktura stali DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zgodnie z wariantem H2. Temperatura wyżarzania międzykrytycznego wynosiła 815 C Fig. 28. Structure of DP1 steel following continuous annealing simulation according to H2 option. Temperature of intercritical annealing was 815 C Z obrazów mikrostruktury wynika, że brak jest wyraźnej substruktury wysp martenzytycznych w próbkach po symulacjach wyżarzania ciągłego zgodnie z wariantami H1 i H2, przy temperaturach niższych od 815 C. Wskazuje to na wysoką zawartość węgla w austenicie przed przemianą. Po zastosowaniu temperatur wyżarzania wyższych od 815 C w obszarach martenzytu obserwuje się listwy (rys. 28). Zatem, można wnosić, że zróżnicowanie morfologii martenzytu związane jest z różną zawartością węgla w tej fazie. Średnie stężenie węgla w martenzycie można obliczyć na podstawie następującego bilansu: C cał. = C M V M + C F V F (1) 3.8. STRUKTURA BLACH CIENKICH PO SYMULACJACH WYŻARZANIA CIĄGŁEGO WYKONANYCH ZGODNIE Z WARIANTAMI CAG W strukturze blach wyżarzanych przy temperaturach niższych od temperatury punktu przełomowego A c1, a konkretnie 700 C stwierdza się jedynie postęp w przebiegu rekrystalizacji ferrytu oraz koagulację wydzieleń cementytu (rys. 30 a,b). Wzrost temperatury wyżarzania do 725 C powoduje zakończenie rekrystalizacji ferrytu (rys. 31a,b). Na tych samych rysunkach widoczne są skoagulowane cząstki cementytu zlokalizowane zarówno wewnątrz ziaren ferrytu, jak również po ich granicach. Wyżarzanie stali DP1 w temperaturze 750 C zgodnie z wariantem CAG prowadzi do wytworzenia struktury ferrytyczno martenzytycznej z niewielkim udziałem bainitu (rys. 32a). Stwierdzono, że w pewnych obszarach struktury występują nierozpuszczone cząstki cementytu (rys. 32b).

16 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego Rys. 29. Zależność między wytrzymałością na rozciąganie (R m ) próbek DP1 a zawartością martenzytu w ich strukturze Fig. 29. Relation between tensile strength (R m ) of DP1 samples and the content of martensite in their structure Próbki ze stali DP1 wyżarzane zgodnie z wariantem CAG charakteryzują się stabilnymi właściwościami mechanicznymi w szerokim zakresie temperatur wyżarzania międzykrytycznego, to jest od 760 do 840 C. Podobnie, właściwości plastyczne próbek po tej obróbce cieplnej są stosunkowo wysokie i stabilne (A 50 ~ 25%; n ~ 0,22). Takie właściwości stali DP1 po wyżarzaniu ciągłym przeprowadzonym według wariantu CAG zapewnia wielofazowa struktura stali, która składa się z ferrytu jako fazy głównej oraz wysp martenzytycznobainitycznych (rys. 33a,b). W obszarach martenzytycznych występuje martenzyt listwowy (rys. 33a). 5. PODSUMOWANIE Przeprowadzono symulacje wyżarzania ciągłego blach cienkich ze stali DP za pomocą symulatora Gleeble Zastosowane profile termiczne odpowiadały trzem wariantom tego procesu. Dwa pierwsze warianty polegały na grzaniu próbek blachy do temperatur z zakresu międzykrytycznego ( C), a następnie szybkim chłodzeniu do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia próbek w wariancie H1 wynosiła 50 C/s a w wariancie H2 90 C/s. W wyniku przeprowadzonych doświadczeń wyżarzania ciągłego uzyskano blachy o strukturze ferrytyczno-martenzytycznej z niewielkim udziałem bainitu. Udział martenzytu w próbkach zależy od temperatury wyżarzania międzykrytycznego oraz od szybkości chłodzenia. Właściwości mechaniczne taśm ze stali DP wyżarzanych zgodnie z wariantem H1 i H2 są następujące: R m : MPa R e0,2 : MPa A 50 : 7 20% a) b) Rys. 30. Struktura stali DP1 po wyzarzaniu ciągłym zgodnie z wariantem CAG. Temperatura wyżarzania = 700 C Fig. 30. Structure of DP1 steel following continuous annealing according to CAG option. Annealing temperature = 700 C

17 58 Ryszard Molenda, Roman Kuziak Prace IMŻ 2 (2011) a) b) Rys. 31. Struktura stali DP1 po wyżarzaniu ciągłym zgodnie z wariantem CAG. Temperatura wyżarzania = 725 C Fig. 31. Structure of DP1 steel following continuous annealing according to CAG option. Annealing temperature = 725 C a) b) Rys. 32. Struktura stali DP1 po wyżarzaniu ciągłym zgodnie z wariantem CAG. Temperatura wyżarzania = 750 C Fig. 32. Structure of DP1 steel following continuous annealing according to CAG option. Annealing temperature = 750 C a) b) Rys. 33. Struktura stali DP1 po symulacji wyżarzania ciągłego zgodnie z wariantem CAG. Temp. wyżarz. międzykryt. 790 C Fig. 33. Structure of DP1 steel following continuous annealing according to CAG option. Intercritical annealing temp. 790 C

18 Prace IMŻ 2 (2011) Badanie wpływu parametrów profilu temperaturowego n: 0,14 0,24 Zastosowanie obróbki cieplnej symulującej proces cynkowania ogniowego blach obrobionych uprzednio według wariantu H1 i H2 spowodowało kilkunastoprocentowy spadek wytrzymałości na rozciąganie i znaczący przyrost umownej granicy plastyczności wynoszący 20 45%. Realizacja procesu symulacji ciągłego wyżarzania taśm ze stali DP1 zgodnie z wariantem CAG pozwoliła na uzyskanie stabilnych właściwości mechanicznych w szerokim przedziale temperatur wyżarzania międzykrytycznego: C. Uzyskano następujące właściwości mechaniczne taśm po przeprowadzonych symulacjach: R m : MPa R e0,2 : MPa A 50 : 23 28% n: 0,21 0,23 Należy podkreślić, że zastosowany wariant wyżarzania ciągłego spowodował uzyskanie korzystnych z technologicznego punktu widzenia relacji między granicą plastyczności a wytrzymałością na rozciąganie taśm z badanej stali. Wyznaczona wartość ilorazu R e /R m jest niska i mieści się w przedziale 0,47 0,49. Recenzent: prof. dr hab. Józef Paduch