高强度细晶粒多相钢加工的新型热机械轧制工艺

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1、高强度细晶粒多相钢加工的新型热机械轧制工艺A.Shmitg，J.Nutjens，J.C.Herman，V.Leroy(比利时烈日市国家冶金研究中心)摘要本文论述了在连续冷却过程中奥氏体转变成铁素体之前显微组织演变的冶金学问题。利热压缩和扭转试验，按照化学成分和轧制工艺，对加工路线进行了优化。控制多道次变形期间奥氏体的再结晶和随后的相变，产生了细晶粒的铁素体—马氏体显微组织。联合应用一种新型的热轧工艺和适当的连续冷却直到马氏体开始转变温度，允许在C—Mn—Nb钢的化学成分基础上获得高强度级别（750MPa）。在热轧状态下，表现出了非常具有吸引

2、力的强度—延性匹配、高的韧性以及令人感兴趣的疲劳性能。1前言节油和行车安全考虑构成了汽车工业追求更高强度钢需求的驱动力，同时，随着微合金化带钢和薄板的使用，人们知道了具有铁素体和马氏体混合显微组织的双相钢具有强度和韧性的良好组合（1）。由于在价格和性能方面都优于热处理双相钢，因此，现在热轧双相钢已在汽车车轮上得到了应（2）用。Maid以及其它人等已经提出了双相钢晶粒尺寸与性能相互关系的证据。更细晶粒的显微组(3)织改善延伸和抗拉性能，正如Sudo等人所表明的，晶粒细化也有益于改善扩孔性能，足以满足使（4）用要求。此外，和具有相同抗拉强度级别

3、的微合金化少珠光体钢相比，用细晶粒双相钢所生产的汽车车轮表现出优异的疲劳寿命。为了生产具有超细晶粒尺寸的微合金钢，已开发了各种不同的轧制工艺，每一种工艺因其在铁素体相变之前奥氏体在输出辊道上的准备方式不同而各具特色。Mo、Nb或Ti的加入影响奥氏体热变形期间的静态和动态再结晶。在各种合金含量低而温度高的钢中，发生静态再结晶，并通过在精轧的各架之间反复进行静态再结晶，减小奥氏体的晶粒尺寸，这就是再结晶控制轧制工艺（RCR）。如果存在足够的微合金元素的应变诱导析出，静态再结晶或动态再结晶二者都不能发生，通过精轧加工，奥氏体变成薄饼状。该薄饼状奥

4、氏体晶粒结构是传统控制轧制CCR的基础。当Mo、Nb或Ti固溶于钢中时，静态再结晶被抑制。如果道次间隙时间足够短，缺乏大量的应变诱导析出，应变一道道地被积累起来，直到开始发生动态再结晶。在他们的关于带钢动态再结晶控制轧制（DRCR）的研究中，Samuel等人（5）已经观察到，当冷却速率为10℃/S时，这种工艺能够产生细晶粒奥氏体(5μm以下)和大约3μm的铁素体晶粒尺寸。另一方面，通过CCR工艺路线获得的薄饼状奥氏体在冷却后能够得到～7μm的铁素体晶粒尺寸。根据Kaspar等人（6）的类似的结果，动态再结晶控制轧制因而似乎是细化铁素体晶粒尺

5、寸的可行的路线。Bowden等人（7）随后研究了道次间隙时间对动态再结晶细化奥氏体晶粒的影响。人们预料在动态再结晶开始之后将可能发生后动态再结晶，Roucoules等人（8）对这种在随后1的道次间隙时间内可能发生的后动态再结晶进行了分析并建立了模型，后来又扩展到其它合金元素（9）。为了在热轧双相钢中获得合适的显微组织，最初的合金化思想是基于Mn、Si、Cr和Mo合金钢（10），由于相当高的合金含量，这些钢价格昂贵，同时可供选择的各种钢必须采用最佳的分段冷却直到较低的卷取温度（11）。这些在输出辊道上复杂的热过程的主要不利条件就在于控制冷却系

6、统以保证沿钢卷的长度方向有一个恒定的温度分布。如果在精轧前没有任何热卷箱，为了在精轧出口获得恒定的温度而必须采用加速轧制，这将导致该问题更加严重。沿着钢卷长度方向具有不同数量的铁素体的非均匀显微组织是由这种轧制工艺对工艺参数的敏感性所造成的。Mizvi和Takahashi提出了另一种轧制工艺，对不含其它合金元素的Si—Mn钢，在稍低于Ar3转变温度的温度下进行热轧，这有助于加速铁素体的形成，并且通过连续的快速冷却产生一种细晶粒双相钢。然而，这种解决办法将会由于铁素体的轻微应变硬化这样的事实而引起延性的降低。为了通过连续冷却到室温来生产双相钢

7、，目前工作的关键思想是把利用动态再结晶细化奥氏体晶粒和有效的加强转变动力学结合起来。Kaspar等人（12）的一些结果似乎已明确指出，显微组织中存在高碳组分以及没有明显的屈服点，二者都是双相钢的特点。本工作的目的就在于按照化学成分和轧制制度优化工艺，通过连续冷却获得细晶粒的双相钢。不同微合金元素含量对静态和动态再结晶动力学的影响已进行了系列的研究，与此同时，各种轧制参数例如轧制温度、积累应变量和道次间隙时间等对其影响也进行了系列研究，提出了一种优化工艺，对在实验室精心制作的类似于热轧带钢的试验钢板的机械性能进行了评价。2实验过程实验分三个阶

8、段进行。首先，利用压缩试验模拟精轧机架间的情况，对静态再结晶动力学进行了分析。其次，利用扭转试验进行大变形，以评价不同钢种的动态再结晶特征。最后，在实验室规模上试验了一种优化的轧