微合金化超細晶中厚板軋制的熱模擬研究

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1、東北大學碩士學位論文摘要在所有改善鋼材性能的措施當中，晶粒細化是唯一在提高強度的同時不降低塑性和韌性的強化手段。形變誘導鐵素體相變和微合金化是獲得超細晶組織的有效手段。近年來，我國科研人員對形變誘導鐵素體相變進行了大量的研究，并將該理論運用到實際生產(chǎn)中，使普通Q235鋼的屈服強度達到了400MPa，成功的丌發(fā)出了Super—SS400超細晶鋼。以往對超細晶鋼的研究主要集中在低碳鋼的薄板軋制領(lǐng)域，對中厚板的研究較少。但中厚板的工業(yè)化生產(chǎn)具有和薄板完全不同的特點，如冷卻速度慢、道次變形率小、道次間隔時間長等，直接影響了超細晶軋制過程中的相變的動力學規(guī)律和

2、晶粒細化效果。本論文針對中厚板生產(chǎn)的特點，將形變誘導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，對高性能超細晶中厚板的開發(fā)具有重大理論指導意義。本研究以0．15％C一1．0％Mn的低碳鋼為基礎(chǔ)熔煉了5種鈮、釩(氮)含量不同的實驗用鋼，通過熱模擬的方法測試了合金在不同冷速下的鐵素體轉(zhuǎn)變點Ar3，對臺金試樣進行多道次熱壓縮變形．以模擬中厚板的軋制工藝，并對變形試樣進行了光學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程：微合金元素釩、鈮和釩氮復合對形變誘導鐵索體相變的影響規(guī)律和第二相粒子的析出行為；以及改變應變參

3、數(shù)對組織演變的影響。所得主要結(jié)論如下：1．不同成分的合會試樣奧氏體化以后，分別在2℃／s和5℃／s的冷速下測定鐵素體開始轉(zhuǎn)變溫度(Ar3)。從實驗結(jié)果來看，當以2。C／s冷卻時，釩氮鋼的相變溫度比基礎(chǔ)鋼有明顯提高，而其它合金由于釩、鈮的加入均使相變點降低，鈮的添加量越大，相變點降低的幅度越大。當以5℃／s冷卻時，各合金的相變點均比2℃／s冷卻時進一步降低，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，所以相變點高于基礎(chǔ)鋼更加明顯；鈮鋼相變點降低的幅度更小，相變點已經(jīng)高于基礎(chǔ)鋼，而且鈮的添加量越大，相變點降低的

4、幅度越小。2．合金試樣奧氏體化以后，在850～730℃范圍內(nèi)進行總的相對變形量為60％以上的多道次變形，隨著變形道次的增加(變形溫度同時降低)，鐵素體的體積分數(shù)逐漸增多。變形結(jié)束時，視具體變形參數(shù)不同，會有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"C／S的速度冷卻到550℃，使之發(fā)生完全的奧氏體／(鐵索體+珠光體)轉(zhuǎn)變，得到的鐵素體／珠光體的平均晶粒尺寸在3～6u1"11范圍內(nèi)變化。3．在相同的變形條件下，形變誘導鐵素體的體積分數(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，說明釩氮復合添加有利于形變誘導鐵素體相變

5、，單獨添加釩對相變具有抑制作用，而添加鈮基本不會抑制形變誘導鐵素體相變(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+東北大學碩士學位論文摘要珠光體)轉(zhuǎn)變，鈮、釩微合金化均獲得較好的細化作用，其中鈮的作用優(yōu)于釩，且細化效果隨著添加量的增加而增大，釩氮復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，鋼種間差距越明顯。4．通過改變應變參數(shù)的對比實驗發(fā)現(xiàn)：在再結(jié)晶溫區(qū)以上溫度進行的粗軋有利于再結(jié)晶溫區(qū)以下精軋過程中形變誘導鐵素體的形成

6、，這主要是由于奧氏體在*HCL變形以后發(fā)生了再結(jié)晶細化；在通常超細晶軋制的精軋溫度(820～800。C)范圍內(nèi)，增加變形道次，降低道次應變率有利于獲得細化的顯微組織，這說明在該變形溫度范圍內(nèi)，變形后回復的程度很高，通過增加道次變形率不利于形變儲能的積累，同時給設(shè)備增加不必要的負荷：如果進一步降低終軋溫度，變形的回復程度降低，儲能累積效果提高，如730℃的單道次變形比770。C的3道次變形的組織還要細化，說明降低終軋變形溫度對于獲得細化的鐵素體／珠光體組織是最有效的。5，在多道次變形誘導鐵素體相變過程中，微合金化元素的碳氮化物也開始析出。含釩鋼中的碳氮

7、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：在實驗條件下，未溶相和析出相同時存在，隨著鈮含量的增加，未溶相的數(shù)量增多。6．過冷奧氏體在道次變形率低于30％，道次陽J隔時間大于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。C以上變形時，變形抗力是變形溫度的函數(shù)，變形后的道次間隔時間內(nèi)馬上發(fā)生回復或再結(jié)晶：在850℃以下變形時，變形的基礎(chǔ)抗力仍然隨著變形溫度的降低而增加，

8、由于道次間隔時間內(nèi)只能發(fā)生部分回復，加工硬化不能完全消除，變形抗力還要隨變形道次的增加而增加；隨著變形溫度的