轉(zhuǎn)爐—CSP工藝V-N微合金鋼的組織和性能研究.pdf

1、自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，電爐薄板坯連鑄連軋工藝在世界各地得到快速發(fā)展，各國(guó)學(xué)者在電爐薄板坯連鑄連軋工藝及其對(duì)產(chǎn)品的組織、性能的影響方面開(kāi)展了廣泛而深入的研究。本世紀(jì)初，隨著轉(zhuǎn)爐一薄板坯連鑄連軋流程在中國(guó)的快速發(fā)展，尤其是轉(zhuǎn)爐-CSP-冷軋新流程在中國(guó)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐-CSP成分工藝特點(diǎn)及冷軋產(chǎn)品對(duì)熱軋卷性能要求等新問(wèn)題需要研究。例如，轉(zhuǎn)爐與電爐在殘余元素、氣體含量上的不同對(duì)CSP產(chǎn)品的組織性能產(chǎn)生了影響；冷軋基料希望CSP熱軋板強(qiáng)度低些，而C

2、SP熱軋板卻存在細(xì)晶高強(qiáng)的特點(diǎn)。這些問(wèn)題的研究對(duì)轉(zhuǎn)爐-CSP流程的熱軋和冷軋產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和組織性能控制具有重要意義，而在這些方面目前國(guó)內(nèi)外尚未開(kāi)展系統(tǒng)研究。 本論文首先對(duì)轉(zhuǎn)爐-CSP工藝、電爐-CSP工藝、常規(guī)熱軋工藝生產(chǎn)的普通低碳鋼SPHC(以下簡(jiǎn)稱SPHC鋼)的性能進(jìn)行了對(duì)比，研究了轉(zhuǎn)爐-CSP工藝SPHC的強(qiáng)化機(jī)理，并對(duì)SPHC鋼中的位錯(cuò)、第二相粒子的強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上對(duì)V-N微合金化高強(qiáng)度鋼Q345D的組織性能和

3、強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了研究；最后利用軋卡試驗(yàn)和形變?cè)俳Y(jié)晶的集成模型對(duì)低碳鋼奧氏體細(xì)化、均勻化和組織演變規(guī)律進(jìn)行了研究，并運(yùn)用熱模擬實(shí)驗(yàn)(應(yīng)力松弛法)研究了V-N在低碳微合金鋼奧氏體中的溶解析出行為。主要研究結(jié)論如下： 轉(zhuǎn)爐-CSP工藝SPHC鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要是細(xì)晶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化量為152.4MPa，占總強(qiáng)度的49.8％；其次是位錯(cuò)強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化，兩者之和為40MPa，占總強(qiáng)度的13.1％。SPHC鋼中存在三種尺寸級(jí)別的第二相粒子，即納米

4、級(jí)、亞微米級(jí)和微米級(jí)粒子，納米級(jí)粒子的沉淀強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化是CSP生產(chǎn)的SPHC鋼強(qiáng)度比常規(guī)流程生產(chǎn)的SPHC鋼強(qiáng)度高的主要原因。 實(shí)驗(yàn)工廠試驗(yàn)的V-N微合金鋼的鐵素體晶粒尺寸為4.49μm，實(shí)現(xiàn)了晶粒細(xì)化；馬鋼轉(zhuǎn)爐-CSP生產(chǎn)線在試驗(yàn)鋼成分基礎(chǔ)上適當(dāng)降低V、N含量，開(kāi)發(fā)出了Q345D鋼，其鐵素體晶粒的平均尺寸為4.78μm，實(shí)現(xiàn)了晶粒細(xì)化；Q345D鋼的屈服強(qiáng)度為420～480 MPa，抗拉強(qiáng)度為480～560 MPa，延伸率為

5、25～31％。CSP工藝Q345D鋼的強(qiáng)化機(jī)理主要是細(xì)晶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化+沉淀強(qiáng)化，其中細(xì)晶強(qiáng)化達(dá)213MPa，位錯(cuò)強(qiáng)化+沉淀強(qiáng)化達(dá)97 MPa，Q345D鋼中V(C,N)的析出強(qiáng)化為57 MPa。 SPHC鋼軋卡試驗(yàn)和形變?cè)俳Y(jié)晶的集成模型研究表明：F1后鑄態(tài)樹(shù)枝晶組織特征消失，F(xiàn)4后組織基本均勻化，晶粒細(xì)化主要發(fā)生在F1～F4。F1～F4發(fā)生部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(原始晶粒直徑越小，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶分?jǐn)?shù)越大)； F4之前，道次間發(fā)生完全亞動(dòng)態(tài)

6、再結(jié)晶；F4之后，道次間發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶：CSP軋制道次間無(wú)應(yīng)變積累；F1～F4軋制亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是組織細(xì)化和均勻化的主要機(jī)制。 低碳釩氮微合金鋼中V(C,N)在奧氏體中的析出等溫PTT曲線是典型的“C”形狀，鼻點(diǎn)溫度約為870℃；隨著氮含量的增加，V(C,N)在奧氏體中的析出驅(qū)動(dòng)力急劇增大，PTT曲線向左移動(dòng)；增加形變量，加速V(C,N)在奧氏體中的析出，使動(dòng)態(tài)PTT曲線向左移動(dòng)；同氮含量相比，形變的影響較小，對(duì)于低碳V、N微