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釩鋼的熱機械控制工藝 系列:TMCP軋制過程中的組織演變

熱機械控制TMCP有多種形式,但在工業(yè)上最成功使用的是控制軋制控制冷卻,所謂TMCP往往是指控制軋制+控制冷卻。在低碳鋼的情況下,通過正火可以得到約10μm的鐵素體晶粒,但是,采用控制軋制+控制冷卻工藝,在熱軋狀態(tài)下就能獲得約5μm的微細鐵素體組織。



從金屬學(xué)的觀點看,現(xiàn)在的TMCP工藝主要由再結(jié)晶奧氏體區(qū)軋制、未再結(jié)晶奧氏體區(qū)軋制、γ)兩相區(qū)軋制和加速冷卻四個階段組成,如圖1所示。但是,γ)兩相區(qū)軋制現(xiàn)在很少采用。

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1  低碳鋼TMCP的四個階段和各階段的組織

為改善鋼的性能,必須優(yōu)化TMCP工藝,了解與熱軋工藝相關(guān)的組織演變過程是非常重要的。根據(jù)鋼類的不同,采用的TMCP工藝也有差異,如圖1和圖2所示。對釩微合金化鋼來說,宜采用圖2中的②較低的再加熱溫度,獲得較小的原始奧氏體組織+圖1中的①再結(jié)晶控制軋制,通過奧氏體的反復(fù)再結(jié)晶,獲得細小的再結(jié)晶奧氏體晶粒+圖2中的③奧氏體和鐵素體中的析出物(VN),增加鐵素體的形核密度+圖1中的④加速冷卻,增大相變時鐵素體的形核驅(qū)動力等的組合工藝,細化最終組織;對鈮微合金鋼來說,宜采用圖1中的①奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制,盡可能破碎粗大的原始奧氏體晶粒+圖1中的②奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制,通過大變形拉長奧氏體晶粒,增加形變儲能和位錯密度,使處于形變硬化狀態(tài)的奧氏體發(fā)生γ→α相變,獲得細小鐵素體晶粒+圖1中的④加速冷卻,增大過冷度,增加相變時的形核驅(qū)動力,細化最終組織,在這個工藝過程中,圖1中的②奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制,使奧氏體產(chǎn)生形變硬化對鐵素體晶粒的細化是最有效的。

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2  再結(jié)晶控制軋制細化鐵素體晶粒方法的示意圖

瑞典金屬研究所RoberysSiwecki等人,采用計算機模型MICDEL計算了熱軋過程中微觀組織的演變,對優(yōu)化軋制工藝(變形量、溫度、停留時間)是有幫助的。圖3給出了采用相同的軋制工藝,VNb、N含量不同的0.01%Ti-V-N鋼和0.01%Ti-V-Nb鋼在實際熱軋過程中微觀組織演變的情況。圖中數(shù)據(jù)是從1100℃開始經(jīng)11道次軋制的25mm鋼板的情況。0.01%Ti-V-N鋼再加熱后原始奧氏體晶粒尺寸為20μm,而0.01%Ti-V-Nb鋼約為55μm。0.04%V-0.01%N-0.01%Ti低合金鋼,由于出現(xiàn)晶粒異常粗化,原始奧氏體晶粒尺寸達到500μm。由圖3可以看出,高釩和高氮鋼顯示出有效的晶粒細化效果。

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3  Ti-V-(Nb)-N鋼模擬工業(yè)化熱軋過程中奧氏體微觀組織的演變

微觀組織演變模型也可用于計算0.08%V-0.018%N帶鋼或相似的HSLA熱軋帶鋼奧氏體顯微組織的演變,這兩種鋼在NUCOR鋼廠的小型軋機上曾進行過再結(jié)晶控制軋制,結(jié)果表明,只要軋制道次超過3~4次,薄板坯連鑄或板坯再加熱后的原始奧氏體晶粒尺寸,對再結(jié)晶軋制后最終奧氏體晶粒尺寸沒有影響。經(jīng)過大壓下后,通過新晶粒大量形核發(fā)生再結(jié)晶,使組織細化。

形變量對組織細化有顯著影響。隨著形變量的降低,再結(jié)晶的形核率降低,組織細化作用減小。高溫小壓下導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒異常長大,特別是熱軋道次的終軋壓下量影響最顯著。為了控制板形和板厚,終軋階段通常采用小壓下量的平整軋制,這將有可能導(dǎo)致再結(jié)晶控軋工藝細化奧氏體組織的作用降低。圖4給出了ε-T-t對奧氏體晶粒影響的三維立體圖,指出了防止出現(xiàn)粗晶組織的終軋工藝安全加工區(qū)的曲面,這里所說的粗晶是指奧氏體的晶粒尺寸為30μm。由圖可以看出,在任意溫度及保溫時間下,當(dāng)軋制應(yīng)變量高于3%時就不會發(fā)生晶粒粗化現(xiàn)象。軋后立即進行加速冷卻,可減小組織粗化的危險性。

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4  Ti-V-N鋼避開終軋平整道次后出現(xiàn)粗晶奧氏體的工藝窗口

(ε-T-t三維坐標(biāo)中的曲面是由再結(jié)晶或晶粒長大造成的粗晶區(qū)與原始細晶組織的分界面

 釩技術(shù)中心

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