热轧后分段冷却对Ti微合金化低碳钢显微组织和力学性能的影响.pdf

第卷第期上海金属，年月，作 者 简 介：王 承 剑，男，工 程 师，硕 士，主 要 从 事 先 进 高 强 度 钢、复 合 金 属 材 料、搅 拌 摩 擦 加 工 和 焊 接 等 研 究，：热 轧 后 分 段 冷 却 对微 合 金 化 低 碳 钢 显 微 组 织 和 力 学 性 能 的 影 响王 承 剑王 海 波彭欢石 东 亚余 宣 洵（马 鞍 山 钢 铁 股 份 有 限 公 司 技 术 中 心，安 徽 马 鞍 山）【摘 要】对 以 微 量（质 量 分 数 为）钛 合 金 化 的 低 碳 钢 板 热 轧 后 分 别 空 冷 至、和 再 快 速 冷 却 至 卷 取 温 度。检 测 了 钢 卷 的 显 微 组 织 和 力 学 性 能。结 果 表 明：随 着 热 轧 后开 始 空 冷 温 度 的 升 高，钢 卷 的 显 微 组 织 从 少 量 贝 氏 体铁 素 体 转 变 为 少 量 珠 光 体铁 素 体；钢 卷 中析 出 物 主 要 为 弥 散 的 纳 米 级和 亚 微 米 级（，）；随 着 热 轧 后 开 始 快 速 冷 却 温 度 从 提高 至，钢 卷 的 强 度 提 高 了，析 出 物 尺 寸 增 加 了，体 积 分 数 增 加 了；随 着 热轧 后 开 始 快 速 冷 却 温 度 从 升 高 至，钢 卷 的 强 度 下 降 了，析 出 物 尺 寸 增 大 了，体 积 分 数 仅 增 加 了；为析 出 物 的 最 佳 析 出 温 度。【关 键 词】分 段 冷 却，析 出 强 化，显 微 组 织，力 学 性 能中 图 分 类 号：文 章 编 号：（）（，）【】（），（），；（）（，）；（），；（），；（）【】，钛 是 钢 中 的 重 要 合 金 元 素 之 一。世 纪年 代等 的 研 究 表 明，采 用 合 适 的 工 艺 处理 的 低 合 金 钢 能 形 成 一 定 体 积 分 数 的 纳 米 级 析 出相，表 现 出 明 显 的 沉 淀 强 化。众 所 周 知，元 上海金属第卷素 具 有 优 异 的 细 晶 强 化 和 析 出 强 化 作 用，以细 小 的或（，）形 式 析 出，在 轧 制 过 程中 抑 制 奥 氏 体 再 结 晶，使 变 形 奥 氏 体 中 形 成 高 密度 位 错 和 变 形 带，有 利 于 细 化 组 织。此 外，在 轧 后冷 却 和 保 温 过 程 中 析 出，尺 寸 小 于，具有 显 著 的 沉 淀 强 化 作 用。或（，）等 相 的 析 出 主 要 包 括个 阶段：一 是 连 铸 和 加 热 过 程 中、的 液固相 析 出 和 析 出 相 粗 化；二 是 轧 制 过 程 中 形 变 诱 导析 出；三 是 热 轧 后 冷 却 过 程 中 析 出 及 过 饱 和 铁 素体 中析 出。前 两 个 阶 段 难 以 精 确 控 制，因此 在 热 轧 后 冷 却 过 程 中 获 得 较 多 的 纳 米 级 析 出 相对 于 提 高 钢 材 的 强 度 和 降 低 成 本 十 分 重 要。本 文 对微 合 金 化 低 碳 钢 热 轧 后 进 行 层 流 分段 冷 却，在 铁 素 体 相 变 阶 段 增 加 空 冷 段 使相 间 析出 或 铁 素 体 过 饱 和 的 钛 析 出，然 后 快 速 冷 却 至 卷 取温 度，使 钢 发 生 析 出 强 化 和 相 变 强 化；研 究 了 分 段冷 却 过 程 中的 析 出 强 化 规 律 和 分 段 冷 却 工 艺 对微 合 金 化 钢 显 微 组 织 和 力 学 性 能 的 影 响。试 验 材 料 和 方 法试 验 用 材 料 为 级 热 轧钢板，其 化 学 成 分 如 表所 示。表试 验 用钢 的 化 学 成 分 元 素质 量 分 数 钢 板 出 炉 温 度 设 定 为（），终 轧温 度 设 定 为（），采 用 超 快 冷空冷超 快 冷 的 分 段 冷 却 工 艺，分 别 空 冷 至、和，空 冷 时 间 为，随 后 快 速 冷 却至 进 行 卷 取。采 用 金 相 显 微 镜 和 透 射 电子 显 微 镜（，）进 行 金 相 检 验，研 究 分 段 冷 却 过 程 中的析 出 强 化 规 律。试 验 结 果 与 分 析 分 段 冷 却 工 艺 对 显 微 组 织 的 影 响图为 热 轧 后 冷 却 至、和 快 速冷 却 的钢 卷 的 显 微 组 织。可 以 看 出，从 快 冷 的 钢 卷 组 织 主 要 为 铁 素 体 和 贝 氏 体，开 始 快 冷 温 度 从 提 高 至，钢 卷 组 织从 铁 素 体贝 氏 体 转 变 为 铁 素 体少 量 珠 光 体，晶 粒 度 均 较 小，为 级。图热 轧 后 冷 却 至（，）、（，）和（，）快 冷 的钢 卷 的 显 微 组 织 （，），（，）（，）第期王 承 剑 等：热 轧 后 分 段 冷 却 对微 合 金 化 低 碳 钢 显 微 组 织 和 力 学 性 能 的 影 响 图为 试 验 钢 铁 素 体 晶 内 纳 米 级 析 出 相 的 形貌 和 尺 寸，数 量 较 多，为 弥 散 的 纳 米 级和 少 量亚 微 米 级（，）。析 出 强 化 效 果 主 要 与 析 出 相的 尺 寸 和 体 积 分 数 有 关，析 出 相 尺 寸 越 小、体 积 分数 越 大，析 出 强 化 作 用 越 大，。大 量 弥 散 析出 的 纳 米 级与 位 错 及 晶 界 相 互 作 用 能 使 微 合金 钢 显 著 强 化。图试 验 钢 中 亚 微 米 级析 出 物 的形 貌（）及 其 能 谱 分 析（）和 纳 米 级析 出 物 的形 貌（）及 其 能 谱 分 析（）（）（）（）（）分 段 冷 却 工 艺 对 力 学 性 能 的 影 响图为 热 轧 后 空 冷 至 不 同 温 度 快 速 冷 却 的钢 卷 的 强 度 和 硬 度。可 见 钢 卷 的 强 度 和硬 度 随 着 开 始 快 速 冷 却 温 度 的 升 高 先 升 高 后 降低，从 快 冷 的 钢 卷 强 度 和 硬 度 最 高。由 于贝 氏 体 的 碳 化 物 比 珠 光 体 更 细 小，且 碳 在 贝 氏 体铁 素 体 中 有 一 定 的 过 饱 和 度，能 产 生 一 定 的 固 溶强 化，因 此 其 强 度 和 硬 度 高 于 珠 光 体。但 本 文 试验 结 果 表 明，热 轧 后 从 快 冷 的 钢 卷 组 织 为铁 素 体少 量 珠 光 体，其 强 和 硬 度 均 高 于 从快 冷、组 织 为 铁 素 体少 量 贝 氏 体 的 钢 卷，这 说明 从 快 冷 的 钢 卷 铁 素 体 中 形 成 了 大 量 的 纳米 级 相，从 而 显 著 提 高 了 铁 素 体 的 强 度 和 硬 度，为析 出 的 最 佳 温 度，随 着 开 始 快 速 冷 却温 度 的 提 高，析 出 物 粗 化，析 出 强 化 作 用 减 小，因 此 强 度、硬 度 下 降。图为 热 轧 后 空 冷 至 不 同 温 度 快 速 冷 却 至 卷取 温 度 的钢 卷 中 弥 散 析 出 的 纳 米 级的形 貌，图为 热 轧 后 开 始 快 速 冷 却 温 度 对钢 卷 中 纳 米 级 析 出 物 体 积 分 数 和 尺 寸 的 影 响。析出 相 体 积 分 数 计 算 公 式 为：（）（）式 中：为 析 出 相 粒 子 的 直 径；为 视 场 面 积；为 视 场 厚 度，约 为；为 析 出 相 粒 子 的 平 均直 径。从 图可 以 看 出：从 快 冷 的 钢 卷 弥 散析 出 的 纳 米 级尺 寸 为 ，体 积 分 数为 ；从 快 冷 的 钢 卷 的尺 寸 为 ，体 积 分 数 为 ；上海金属第卷图热 轧 后 开 始 快 速 冷 却 温 度 对钢 卷 强 度（）和 硬 度（）的 影 响 （）（）图热 轧 后 空 冷 至（）、（）和（）快 冷 的钢 卷 中 纳 米 级析 出 物 的形 貌 （），（）（）从 快 冷 的 钢 卷 的尺 寸 为 ，体积 分 数 为 。随 着 开 始 快 冷 温 度的 升 高，纳 米 级析 出 物 粗 化，尺 寸 从 增 大至，体 积 分 数 从 提 高 至。开 始 快 冷 的 温 度 从 提 高 至，钢 卷 中析 出 物 尺 寸 增 大 了 ，但 体 积 分 数 增 加 了；继 续 提 高 至，析 出 物 尺 寸 增 加了，但 体 积 分 数 变 化 较 小，仅 增 加 了，这 与 从 为析 出 物 的 最 佳 析 出温 度 是 吻 合 的。从 快 冷 既 能 保 持 钢 卷 中 析出 物 的 数 量，又 能 保 证 析 出 物 尺 寸 合 适，进 一 步 提高 快 冷 温 度 虽 能 增 加 析 出 数 量，但 析 出 物 显 著 长大，因 此 钢 卷 的 强 度 和 硬 度 随 热 轧 后 开 始 快 冷 温度 的 提 高 先 升 高 后 下 降，从 快 冷 的 钢 卷 力学 性 能 最 佳。结 论（）随 着 热 轧 后 开 始 快 速 冷 却 温 度 从 图热 轧 后 开 始 快 速 冷 却 温 度 对钢 卷 中 纳 米 级 析 出 物 体 积 分 数 和 尺 寸 的 影 响 提 高 到，试 验钢 卷 组 织 从 铁 素 体少 量 贝 氏 体 转 变 为 铁 素 体少 量 珠 光 体，析 出第期王 承 剑 等：热 轧 后 分 段 冷 却 对微 合 金 化 低 碳 钢 显 微 组 织 和 力 学 性 能 的 影 响 物 主 要 为 弥 散 的 纳 米 级和 亚 微 米 级（，）。（）析 出 物 尺 寸 和 体 积 分 数 随 着 热 轧 后 开始 快 速 冷 却 温 度 的 升 高 而 增 加，从 快 冷 的钢 卷 中 析 出 物 尺 寸 比 快 冷 的 钢 卷 的 大 ，其 体 积 分 数 大；开 始 快 速 冷 却温 度 从 升 高 至，钢 卷 中析 出 物 尺寸 增 大 了，但 体 积 分 数 仅 增 加 了。（）钢 卷 的 强 度 和 硬 度 随 着 热 轧 后开 始 快 速 冷 却 温 度 的 提 高 先 升 高 后 下 降，从快 冷 的 钢 卷 强 度、硬 度 最 高，是析 出 物的 最 佳 析 出 温 度，既 能 保 持析 出 物 数 量 又 能 保证 析 出 物 尺 寸，从 而 显 著 提 高 钢 卷 的 力 学 性 能。参 考 文 献孙 丹 丹 纳 米 析 出 强 化 型 热 轧 双 相 钢 组 织 性 能 研 究 沈 阳：东 北 大 学 杨 庚 蔚，毛 新 平，赵 刚 微 合 金 高 强 度 钢 热 轧 带 钢 组 织 性能 及 强 化 机 理 钢 铁 研 究 学 报，（）：杨 洪 波，王 豪，赵 旭微 合 金 高 强 钢 纳 米 相 间 析 出 行 为 研 究进 展 钢 铁，（）：，元 莎，白 玉 冰，周 乐 育，等热 处 理 工 艺 参 数 对冷 作 模 具钢 组 织 和 性 能 的 影 响 锻 压 技 术，（）：易 航 复 合 微 合 金 钢 中 第 二 相 析 出 行 为 及 组 织 性 能研 究 武 汉：武 汉 科 技 大 学，（）：毛 新 平，孙 新 军，康 永 林，等薄 板 坯 连 铸 连 轧微 合 金 化钢 的 物 理 冶 金 特 征 金 属 学 报，（）：毛 新 平钛 微 合 金 钢 北 京：冶 金 工 业 出 版 社，张 恒 磊，李 晓 林，蔡 庆 伍，等保 温 温 度 对 含低 碳 贝 氏 体钢 组 织 性 能 及 析 出 相 的 影 响 热 加 工 工 艺，（）：王 晓 南，邸 洪 双，杜 林 秀，等形 变 及 冷 却 速 率 对 热 乳 超 高强 汽 车 钢 板 中 纳 米 析 出 的 影 响 金 属 学 报，（）：徐 洋钛 微 合 金 化 钢 中 铁 素 体 相 变 及 纳 米 相 析 出 行 为 与 机理 研 究 沈 阳：东 北 大 学，陈 彤，李 永 亮，邝 霜，等热 轧 带 钢 均 匀 化 冷 却 问 题 分 析 与控 制 措 施 锻 压 技 术，（）：孟 传 峰工 程 机 械 用 先 进 高 强 钢 组 织 性 能 调 控 及 关 键 生 产工 艺 研 究 太 原：太 原 理 工 大 学，李 杏 娥，赵 至 毅，薛 润 东 在 热 轧 高 强 带 钢 中 的 析 出 相与 性 能 关 系 的 研 究 钢 铁，（）：高 韩 锋，李 晓 源，韩?，等轧 制 工 艺 对微 合 金 化 马 氏 体 钢力 学 性 能 的 影 响 钢 铁，（）：李 成 刚，周 晓 光，蒋 小 东，等冷 却 工 艺 对微 合 金 化 高强 钢 组 织 和 硬 度 的 影 响 钢 铁 研 究 学 报，（）：修 回 日 期：櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪櫪（上 接 第页），：吴 雨 昊，程 晓 英，赵 佩 文，等铌 微 合 金 化 对 系 泊 链 钢 氢 脆敏 感 性 的 影 响 上 海 金 属，（）：，（）：王 金 荣，许 强，逯 志 强，等 级 汽 车 用 钢 氢 致 延 迟断 裂 性 能 电 镀 与 精 饰，（）：，（）：，：，：常 庆 刚，陈 业 新氢 在 纯 净 钢 中 的 扩 散 研 究 上 海金 属，（）：司 宇，唐 远 寿，周 新，等高 强 度 马 氏 体 钢 中 微 合 金 元 素 对氢 致 延 迟 开 裂 的 研 究 进 展 汽 车 工 艺 与 材 料，（）：马 鸣 图，刘 邦 佑，陈 翊癉，等热 成 形 钢 及 热 冲 压 零 件 的 氢致 延 迟 断 裂 汽 车 工 艺 与 材 料，（）：，刘 清 华，唐 慧 文，斯 庭 智氢 陷 阱 对 钢 氢 脆 敏 感 性 的 影 响材 料 保 护，（）：修 回 日 期：