微合金化超細(xì)晶中厚板軋制的熱模擬研究.pdf

1、在所有改善鋼材性能的措施當(dāng)中，晶粒細(xì)化是唯一在提高強(qiáng)度的同時(shí)不降低塑性和韌性的強(qiáng)化手段。形變誘導(dǎo)鐵素體相變和微合金化是獲得超細(xì)晶組織的有效手段。近年來(lái)，我國(guó)科研人員對(duì)形變誘導(dǎo)鐵素體相變進(jìn)行了大量的研究，并將該理論運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，使普通Q235鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到了400MPa，成功的開(kāi)發(fā)出了Super-SS400超細(xì)晶鋼。以往對(duì)超細(xì)晶鋼的研究主要集中在低碳鋼的薄板軋制領(lǐng)域，對(duì)中厚板的研究較少。但中厚板的工業(yè)化生產(chǎn)具有和薄板完全不同的特點(diǎn)，

2、如冷卻速度慢、道次變形率小、道次間隔時(shí)間長(zhǎng)等，直接影響了超細(xì)晶軋制過(guò)程中的相變的動(dòng)力學(xué)規(guī)律和晶粒細(xì)化效果。本論文針對(duì)中厚板生產(chǎn)的特點(diǎn)，將形變誘導(dǎo)鐵素體相變理論和微合金化技術(shù)與中厚板軋制工藝結(jié)合起來(lái)，對(duì)高性能超細(xì)晶中厚板的開(kāi)發(fā)具有重大理論指導(dǎo)意義。 本研究以0.15％C-1.0％Mn的低碳鋼為基礎(chǔ)熔煉了5種鈮、釩(氮)含量不同的實(shí)驗(yàn)用鋼，通過(guò)熱模擬的方法測(cè)試了合金在不同冷速下的鐵素體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ar3，對(duì)合金試樣進(jìn)行多道次熱壓縮變形，以

3、模擬中厚板的軋制工藝，并對(duì)變形試樣進(jìn)行了光學(xué)顯微鏡和透射電鏡下的顯微組織觀察，考察了各鋼種在多道次變形條件下的組織演變過(guò)程；微合金元素釩、鈮和釩氮復(fù)合對(duì)形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響規(guī)律和第二相粒子的析出行為；以及改變應(yīng)變參數(shù)對(duì)組織演變的影響。所得主要結(jié)論如下： 1.不同成分的合金試樣奧氏體化以后，分別在2℃/s和5℃/s的冷速下測(cè)定鐵素體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度(Ar3)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)以2℃/s冷卻時(shí)，釩氮鋼的相變溫度比基礎(chǔ)鋼有明顯提高，

4、而其它合金由于釩、鈮的加入均使相變點(diǎn)降低，鈮的添加量越大，相變點(diǎn)降低的幅度越大。當(dāng)以5℃/s冷卻時(shí)，各合金的相變點(diǎn)均比2℃/s冷卻時(shí)進(jìn)一步降低，雖然降低的程度略小于基礎(chǔ)鋼，但含釩鋼相變點(diǎn)仍然低于基礎(chǔ)鋼；由于釩氮鋼降低的程度更小一些，所以相變點(diǎn)高于基礎(chǔ)鋼更加明顯；鈮鋼相變點(diǎn)降低的幅度更小，相變點(diǎn)已經(jīng)高于基礎(chǔ)鋼，而且鈮的添加量越大，相變點(diǎn)降低的幅度越小。 2.合金試樣奧氏體化以后，在850～730℃范圍內(nèi)進(jìn)行總的相對(duì)變形量為60％以

5、上的多道次變形，隨著變形道次的增加(變形溫度同時(shí)降低)，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)逐漸增多。變形結(jié)束時(shí)，視具體變形參數(shù)不同，會(huì)有35％～60％左右的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體；變形后的試樣繼續(xù)以10℃/s的速度冷卻到550℃，使之發(fā)生完全的奧氏體/(鐵素體+珠光體)轉(zhuǎn)變，得到的鐵素體/珠光體的平均晶粒尺寸在3～6μm范圍內(nèi)變化。 3.在相同的變形條件下，形變誘導(dǎo)鐵素體的體積分?jǐn)?shù)以釩氮鋼最多，含釩鋼最少，含鈮鋼、高鈮鋼和基礎(chǔ)鋼相差不大，說(shuō)明釩氮復(fù)合

6、添加有利于形變誘導(dǎo)鐵素體相變，單獨(dú)添加釩對(duì)相變具有抑制作用，而添加鈮基本不會(huì)抑制形變誘導(dǎo)鐵素體相變(僅限于多道次變形)。合金試樣變形后以不同的冷速冷卻，使之發(fā)生完全的奧氏體/(鐵素體+珠光體)轉(zhuǎn)變，鈮、釩微合金化均獲得較好的細(xì)化作用，其中鈮的作用優(yōu)于釩，且細(xì)化效果隨著添加量的增加而增大，釩氮復(fù)合微合金化得到的組織反而比未添加任何微合金化元素的基礎(chǔ)鋼還要粗大。終變形溫度越高，累積變形量越小，變形后冷速越小，平均晶粒尺寸越大，鋼種間差距越明

7、顯。 4.通過(guò)改變應(yīng)變參數(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在再結(jié)晶溫區(qū)以上溫度進(jìn)行的粗軋有利于再結(jié)晶溫區(qū)以下精軋過(guò)程中形變誘導(dǎo)鐵素體的形成，這主要是由于奧氏體在粗軋變形以后發(fā)生了再結(jié)晶細(xì)化；在通常超細(xì)晶軋制的精軋溫度(820～800℃)范圍內(nèi)，增加變形道次，降低道次應(yīng)變率有利于獲得細(xì)化的顯微組織，這說(shuō)明在該變形溫度范圍內(nèi)，變形后回復(fù)的程度很高，通過(guò)增加道次變形率不利于形變儲(chǔ)能的積累，同時(shí)給設(shè)備增加不必要的負(fù)荷；如果進(jìn)一步降低終軋溫度，變形的回復(fù)

8、程度降低，儲(chǔ)能累積效果提高，如730℃的單道次變形比770℃的3道次變形的組織還要細(xì)化，說(shuō)明降低終軋變形溫度對(duì)于獲得細(xì)化的鐵素體/珠光體組織是最有效的。 5.在多道次變形誘導(dǎo)鐵素體相變過(guò)程中，微合金化元素的碳氮化物也開(kāi)始析出。含釩鋼中的碳氮化物只能在鐵素體中形成，而且數(shù)量很少；釩氮鋼中的碳氮化物數(shù)量明顯增加，其中VN可以在奧氏體中形成，V(C,N)在鐵素體中形成。含鈮鋼中碳氮化物的析出數(shù)量更多，而且在奧氏體中就大量形成；在實(shí)驗(yàn)條

9、件下，未溶相和析出相同時(shí)存在，隨著鈮含量的增加，未溶相的數(shù)量增多。 6.過(guò)冷奧氏體在道次變形率低于30％，道次間隔時(shí)問(wèn)大于5s的多道次變形條件下，變形抗力是變形溫度、加工硬化和相變軟化綜合作用的代數(shù)和。在1000℃以上變形時(shí)，變形抗力是變形溫度的函數(shù)，變形后的道次間隔時(shí)間內(nèi)馬上發(fā)生回復(fù)或再結(jié)晶；在850℃以下變形時(shí)，變形的基礎(chǔ)抗力仍然隨著變形溫度的降低而增加，由于道次間隔時(shí)間內(nèi)只能發(fā)生部分回復(fù)，加工硬化不能完全消除，變形抗力還要