低碳鈮微合金鋼中厚板生產(chǎn)工藝和表層超細(xì)晶技術(shù)研究.pdf

1、控制軋制和控制冷卻技術(shù)作為20世紀(jì)以來鋼鐵業(yè)最偉大的成就之一，還有很大的提高空間，尤其是對控制冷卻技術(shù)的改進(jìn)，涌現(xiàn)出許多先進(jìn)的技術(shù)，如超快速冷卻技術(shù)，冷卻路徑的精細(xì)化控制技術(shù)等。此外，以組織超細(xì)化為核心的“新一代鋼鐵材料”更是要求通過超細(xì)晶化技術(shù)使現(xiàn)有鋼材強(qiáng)度翻一番?；谝陨峡紤]，本文以普通低碳鈮微合金鋼為研究對象，探求提高鋼種強(qiáng)度級別的控軋控冷技術(shù)。模擬實(shí)驗(yàn)用鋼的主要成分為:0.14～0.17％C,1.35～1.45％Mn,0.30～

2、0.40％Si,0.030～0.035％Al和0.024～0.030％Nb。本文的主要工作及研究成果如下:
　　1.高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼中厚板的研發(fā)
　　(1)由熱模擬實(shí)驗(yàn)得到了實(shí)驗(yàn)鋼種高溫奧氏體變形抗力模型、動靜態(tài)再結(jié)晶行為及連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律。實(shí)驗(yàn)室熱軋實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著冷卻速度的增大或終冷溫度的降低或精軋開軋溫度的降低，實(shí)驗(yàn)鋼晶粒尺寸細(xì)化，強(qiáng)度增大，混晶程度加重，塑性降低。精軋低溫開軋利于韌性提高。
　　(2)建立了

3、中厚板軋制的直角坐標(biāo)系連續(xù)速度場，用應(yīng)變速率矢量內(nèi)積得到了軋制總功率泛函、軋制力及軋制力矩模型。熱軋實(shí)例分析表明，該模型具有較高精度，各道次的軋制力及力矩的偏差均值小于8％，可應(yīng)用于軋制規(guī)程的預(yù)設(shè)定。
　　(3)依據(jù)某廠現(xiàn)有生產(chǎn)條件及上述研究結(jié)果，通過微調(diào)實(shí)驗(yàn)鋼種的成分和合理地設(shè)計(jì)控軋控冷工藝，成功地開發(fā)出50mm以下Q390級和40mm以下Q460級高強(qiáng)度低合金鋼中厚板，并確定了工業(yè)生產(chǎn)工藝。
　　2.超快冷與快冷相結(jié)合的

4、分段式控冷工藝的研究
　　(1)分段式冷卻熱模擬實(shí)驗(yàn)表明，分段式冷卻的第一階段主要是控制先共析鐵素體的含量和晶粒尺寸，冷速越大晶粒尺寸越小，含量越低;終冷溫度越低，鐵素體相變程度越大。第二階段主要是控制相變產(chǎn)物的組成，低冷速下獲得鐵素體+珠光體組織，鐵素體含量相對較高;而高冷速下獲得鐵素體+貝氏體組織，貝氏體含量相對較高。
　　(2)采用“超快冷→快冷”模式較“快冷→超快冷”模式的12mm試軋板，強(qiáng)度級別由500MPa提高至

5、550MPa，屈強(qiáng)比由0.81～0.85增大至0.85～0.86，塑性和韌性變化不大，延伸率約23％;組織中鐵素體含量相對較低但晶粒尺寸相對較小，退化珠光體的退化程度相對較弱;常規(guī)一段式超快冷模式下獲得細(xì)晶粒鐵素體-珠光體鋼和貝氏體鋼，12mm板強(qiáng)度級別可達(dá)到600MPa級，屈強(qiáng)比大于0.88，延伸率約18％。相對于一段式超快冷模式，分段冷卻模式下獲得的試軋板雖然強(qiáng)度有所降低，但保證了較高的塑性和較低的屈強(qiáng)比，具有較大的實(shí)用優(yōu)勢。

6、>　　3.表層超細(xì)晶中厚板制備工藝的研究
　　(1)通過制備表層超細(xì)晶的熱循環(huán)—機(jī)械處理熱模擬實(shí)驗(yàn)，得到了變形條件下的本構(gòu)方程和熱變形方程，其中變形激活能Q=430.984 KJ/mol，應(yīng)力因子α=0.0036;在鐵素體+奧氏體兩相區(qū)變形時，鐵素體晶粒發(fā)生明顯的超細(xì)化，其細(xì)化機(jī)制為初始鐵素體連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶和過冷奧氏體的應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變，并且在鐵素體不穩(wěn)定區(qū)域發(fā)生逆相變;在高溫回火貝氏體溫度區(qū)域變形時，則先發(fā)生晶界滲碳體的球化和

7、晶內(nèi)滲碳體的誘變誘導(dǎo)析出及粗化，變形過程中同時發(fā)生鐵素體動態(tài)再結(jié)晶，并有兩類機(jī)制:在滲碳體粒子附近區(qū)域的粒子激發(fā)形核的不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制和無滲碳體粒子區(qū)域的連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制;二次升溫階段大量彌散析出的尺寸小于10nm的NbC，具有延緩組織軟化進(jìn)程的作用。
　　(2)采用“中間坯加速冷卻—軋制—軋后加速冷卻”工藝軋制出具有表層超細(xì)晶鐵素體特征的11mm和20mm試軋板，超細(xì)晶表層最大厚度分別為1.2mm和3.0mm，大部分鐵素體

8、晶粒小于2岬，其晶界上彌散析出大量的滲碳體粒子;自鋼板表面至心部，超細(xì)晶鐵素體所占比例降低，心部的晶粒尺寸為5μm～10μm;最大屈服強(qiáng)度分別是640MPa和584MPa，具有良好的塑性和低溫韌性。
　　(3)表層鐵素體超細(xì)化機(jī)制為高溫回火貝氏體鐵素體或先共析相變鐵素體或應(yīng)變誘導(dǎo)相變前期生成的鐵素體的動態(tài)再結(jié)晶、過冷奧氏體應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變以及超細(xì)晶鐵素體晶界上的滲碳體粒子對晶粒長大的抑制作用。
　　(4)有利于獲得表層超細(xì)