微合金非調(diào)質(zhì)鋼的現(xiàn)代進(jìn)展

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1、微合金非調(diào)質(zhì)鋼的現(xiàn)代進(jìn)展孟繁茂付俊巖（中信微合金化技術(shù)中心專(zhuān)家委員會(huì)）提要本文簡(jiǎn)述了微合金化元素Nb、Ti、V、B等在非調(diào)質(zhì)鋼中的應(yīng)用以及非調(diào)質(zhì)鋼在厚板型鋼、軌鋼、棒鋼、鍛件等制品的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代進(jìn)展。主題詞鈮微合金非調(diào)質(zhì)鋼TMCPTPCPTSCTMT1前言非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼定義為在軋延狀態(tài)或?；幚頎顟B(tài)通常具有高強(qiáng)度鋼的性能的鋼材[18]。微合金化技術(shù)和控軋控冷技術(shù)相互作用是非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)的物理冶金在線（生產(chǎn)線）調(diào)質(zhì)的過(guò)程，省卻了調(diào)質(zhì)處理再加熱，取得了調(diào)質(zhì)鋼或超過(guò)它的性能。僅此一點(diǎn)在節(jié)約能源、降低成本方面就具備了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，使國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)的鋼鐵產(chǎn)業(yè)，特別是高層建筑、高壓

2、線塔、大型橋梁、鋼軌、礦井結(jié)構(gòu)、海上平臺(tái)、海上大型浮體、艦船、碼頭建設(shè)、大型土木、汽車(chē)、能源、電力等的鋼鐵產(chǎn)業(yè)都隨著鋼產(chǎn)量的增加而增長(zhǎng)，它是社會(huì)發(fā)展的鋼鐵文明的一方面，是社會(huì)所追逐的目標(biāo)，它是現(xiàn)代文明之顯在標(biāo)志。美國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)達(dá)50~60億噸，日本也有15~20億噸。鋼鐵是善待人與地球的綠色材料，它將永久性的發(fā)展。非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展是永無(wú)止境的。因?yàn)樾阅?價(jià)格遠(yuǎn)優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼，且節(jié)約礦產(chǎn)資源和能源，非調(diào)質(zhì)鋼的產(chǎn)量與品種的多樣性是鋼鐵強(qiáng)國(guó)的標(biāo)志。一種新型非調(diào)質(zhì)鋼的問(wèn)世都伴隨著微合金化研究的新發(fā)現(xiàn)和TMCP的新拓展，甚至設(shè)備的更新、改造。超細(xì)晶粒的研究是這一趨勢(shì)的“先頭部隊(duì)”。固溶

3、鈮對(duì)晶界的拖曳作用，相變的抑制作用，應(yīng)變誘導(dǎo)行為的促進(jìn)作用，正在為眾多研究學(xué)者所重視。催促新鋼材的誕生，革新型的超大功率和特殊型的加工設(shè)備，超冷設(shè)備將向前發(fā)展。非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展是微合金化技術(shù)和熱機(jī)械處理及其冷卻技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。鋼種及工藝已成龐大系列，本文不能全面容納，只就大斷面產(chǎn)品，鈮有特別貢獻(xiàn)的厚板，H型鋼、棒鋼以及形狀復(fù)雜的大型鍛件等鐵素體、珠光體型、馬氏體型、1雙相型、貝氏體型的非調(diào)質(zhì)鋼，從實(shí)用出發(fā)，以實(shí)例介紹給鋼材生產(chǎn)與鋼材使用部門(mén)。2微合金化非調(diào)質(zhì)鋼工程設(shè)計(jì)作為概念必須了解現(xiàn)代化的微合金化非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)是微合金化元素的應(yīng)用和TMCP或其拓展工藝相結(jié)合。所以，鋼

4、質(zhì)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分即采用Nb、V、Ti、B等的微合金化元素和控制加工熱處理及其冷卻控制工藝。各種冶金因素的控制水平?jīng)Q定了生產(chǎn)鋼的主要性能指標(biāo)。2.1鍛造微合金化非調(diào)質(zhì)鋼這類(lèi)高強(qiáng)度非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)技術(shù)要求高，不易掌握。在鍛造過(guò)程中各部位變形量不一，溫度分布不均勻，奧氏體晶粒變形與再結(jié)晶傾向復(fù)雜多變，最易生產(chǎn)混晶和晶粒異常長(zhǎng)大。因而淬透性產(chǎn)生不均勻的變化。因此化學(xué)成分與工藝設(shè)計(jì)要解決如下三個(gè)問(wèn)題。2.1.1拓寬非再結(jié)晶熱加工溫度區(qū)間即提高再結(jié)晶停止溫度（Tnr）[1]，降低Ar3轉(zhuǎn)變溫度。鈮是提高Tnr降低Ar3最有效的元素，見(jiàn)圖1，Mneq公式和圖3，圖5。圖1固溶微量元素

5、的再結(jié)晶停止溫度（基本成分：0.07C-1.4Mn多道次軋制后10~85℃/s急冷）鈮即可提高Tnr又可降低Ar3點(diǎn)使控軋溫度拓寬為200℃左右，對(duì)溫度不均勻的晶?？刂茦O為有利。非再結(jié)晶區(qū)的加工，變形量可累加計(jì)總變形量，因而能夠防止臨界變形對(duì)晶粒度的影響。22.1.2混晶現(xiàn)象的解決技術(shù)晶粒粗化開(kāi)始領(lǐng)先于晶粒細(xì)化Nb(CN)計(jì)算值質(zhì)點(diǎn)的完全溶解，并發(fā)生于質(zhì)點(diǎn)粗—01188℃53m)1203℃69化到某臨界半徑rc時(shí)。rc可由下式μ1081℃411251℃68求得：6R0f32?1r=(?)cπ2ZGRAINSIZE(式中，Ro是基體奧氏體晶粒半徑，AVERAGEPRIO

6、R-AUSTENITEf是晶粒細(xì)化質(zhì)點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)，Z是粗大晶粒與其相鄰小晶粒的半徑之比，稱(chēng)之為混晶比。圖2普碳鋼和Nb微合金化鋼的原始奧氏體當(dāng)Ostwald成熟時(shí)，即溶度積晶粒尺寸與再加熱溫度的關(guān)系[2]平衡，體積分?jǐn)?shù)f不變，但小于rc的質(zhì)點(diǎn)溶解，而大于rc質(zhì)點(diǎn)長(zhǎng)大，結(jié)果阻止晶粒長(zhǎng)大的質(zhì)點(diǎn)密度下降，質(zhì)點(diǎn)對(duì)晶界的“釘札”作用失去平衡，表面自由能較大的小晶粒被相鄰的大晶粒吞蝕，大晶粒繼續(xù)長(zhǎng)，繼續(xù)下去變成晶粒異常長(zhǎng)大。熱加工應(yīng)避開(kāi)混晶區(qū)。Nb的混晶區(qū)最高，Nb微合金化鋼的混晶區(qū)，也因析出物的穩(wěn)定性的提高而提高。參考DeArdo研究組的最新工作，見(jiàn)圖2。隨著析出物Nb（CN）

7、穩(wěn)定性的提高混晶區(qū)向高溫移動(dòng)，晶粒度呈雙峰分布，0.09Nb雙峰區(qū)1200℃以上。按Nb（CN）的溶度積計(jì)算的全溶溫度與混晶區(qū)和實(shí)驗(yàn)值符合得很好。根據(jù)溶度積原理以Nb-Ti,Nb-V,Nb-Ti-V復(fù)合應(yīng)用提高析出物的體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)點(diǎn)的穩(wěn)定性以控制混晶區(qū)是行之有效的。這決定于固溶度積和Ostwald成熟。Nb是最佳元素。2.1.3微合金非調(diào)質(zhì)鋼的淬透性作為馬氏體轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)特性，鋼的淬透性是決定鋼的組織成分和機(jī)械性能的主要因素。鋼的淬透性用DI的大小表示，高淬透性（HighDI）和低淬透性（LowDI）鋼物理冶金效應(yīng)不同，需要分別討論。高低淬透性的分界標(biāo)