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1、2 0 0 6 年9 月 第1 4 卷增刊 河南冶金 H 喇A N 田1 A 叫R G Y s e p 娜 V o l1 4 S u o p l d , l e t 薄板坯连铸连轧流程V 微合金化技术研究 毛新平1李春括。刘清友3 林振源2 庄汉洲2高吉祥2 ( 1 广州珠江钢帙有限责任公司；2 广州钢铁集团公司；3 钢铁研究总院) 擒l 本文基于薄板坯连铸连轧流程物理冶金特征系统地研究了v 的析出规律和v 饭合金钢的强化机理。结果 表明，均热前铸坯中有大量细小v 析出物。均热过程中部分析出钧溶解，颗粒略有长大；铸坯中的细小析出物对抑 制变形奥氏体再结晶晶粒长大有明显的作用，使试验钢具有晶粒尺
2、寸为3 一舢n 的超细晶组织：组织超细化是导致 薄板坯连铸连轧泷翟v 徽合金铜强度舞高的主要原因。采用薄板坯连铸连轧流程v 徽合金化技术开发了屈服强 度5 k 圾I I S l A S F 舶高强钢，其组织均匀、晶粒超细化、强度高、成型性能和焊接性能优良。 美t 词薄板坯连铸连幸Lv 徽合金化技木高强钢超细晶 R E 团强R C H0 FVM 呻口K 呐工L o 酮嗍G 田既l D 舶旺o G Y 斟咖T 删匝J A B + C j 弧髓晒舳R a U 鹏翻瞄X 蕊 M 船) 【；婶耐I j o 耐晒酬洳丑唧甲I _ 0 丑蝉m 耐G m i 耐 ( 1 Q 皿咖酬i a n g h D l
3、I S l e dc D L 耐；2 岫h o n 涮单3 c 删玮l h 岫酬- r c h i r 峨i h ) 埔姗旧B 酬妇由“蛐如f 蛔蠢缸址峨“盛瞰) 牌，k 融删* 出脚舶雹妇t h e p 佻牺啦地掣l “d V 柚帕t d 曲蜘谢岫唯m 酏h 赫d V 商口幛I b e d 耐袖肿训。 出吐a 窖哪d e d 0 V d 脚筻吐p 郸i p 【眦i B I I | I h k 南他出，d 。p 时a f V F 率出啊I 砖一粤嘲r 掘舯如嗨，d 6 雎p l 嫡锄嘲i n 灿舯i 脚印m 雌b 哪“n 孽w m d e 抽蜘硼酬惦坤唧曲血硎觯血 h 吐酬“面w i t h3
4、 一也m 岫一菌删吲帅糯岫聘岫m h 曲神i 址嗍e V 商艇I 州耐j 暑u 虹一缸址b 嘣峨岫j n “ r s c l i 啊， d a 略V 耐啪岫s 奴u o 盯如I 蛔L 掣嘲贷O 艇h l m l 掇“一瑚蝎 由曲酬惴d 忡E l 叩e d w i t h 皿抽d 哼l I d 咖一矗肺面峨啊嗽吐，h i 曲曲哪，删州岫吐屯h 耐雌a n d 帆蚰l 嗨即面叫岫障 聊w 潲她妯蛐柚搬V 幽幽她幽n d 呵蚰哪酬1 1 1 h 8 - - 缸鳓 薄板坯连铸连轧技术是带来世界钢铁工业第三 次技术革禽的前沿技术，使传统生产藏程中各个独 立的工序有机地集成。为热轧板带的生产提供了一 条节
5、能、高技的途径。薄板坯连铸连轧流程与传统 长流程相比，具有更鲜明的特点：镣坯凝固速度 快w ，使铸坯偏析小且组织细小均匀；铸坯经矫直 后，以9 5 0 一1 0 的表面温度进入均热炉；均热 炉的温度较低，一般在1 1 一1 1 5 0 ，并且均热时 间较短；采用直接轧制工艺，铸坯组织未经过“7 一a 一7 ”相变过程，轧制前原始奥氏体晶粒粗大，一般奥 氏体晶粒尺寸为6 0 0 9 瞬。 微合金化技术是在钢中添加v 、N b 、啊等徽合金 化元素来改善钢的组织和性能。在这些徽合金化元 素中，v 的碳氮化物在奥氏体中的同溶度大。析出 温度低。V 对臭氏体再结晶的阻碍作用最小刚。因 此V 徽合金化技
6、术适合于薄板坯连铸连轧流程低温均 热、粗大铸造组织直接轧制的工艺。在国外，基于薄板 坯连铸连轧泷程的v 徽合金化技术已应用并形成了不 同系列微合金钢，但国内还没有开始该方面的研究和 应用。鉴于此，本文基于薄板坯连铸连轧流程系统地 研究了v 的析出规律和v 徽合金钢的强化机理，并开 发出屈服强度鲫) h h 级 圈粥一F 舯高强钢。 1 试t 材科豆试t 方法 采用v 徽台金化技术在薄板坯连铸连轧流程 工业化试制屈服强度5 M P a 级璐L A s 一瑚高强 钢。试验钢的化学成分见表1 。运用1 5 0 吨超高功 率电炉冶炼和1 5 0 吨疆炉精炼，利甩立弯式连俦机 浇注，铸坯以咖左右的表面温
7、度进人均热炉，以 1 1 5 0 一1 2 0 0 的均热温度均热1 5 2 陆血，然后在 6 机架热连轧机上分别轧橱成1 8 m 、3 2 m 和6 3 一三种规格的热轧钢带。其中钒氯合金在钢浪 洁净的情况下，加入L F 炉中。采用再结晶控制轧制 寰1 试t 化掌赢分番 河南冶金 2 0 0 6 年增刊 工艺，温度制度：开轧温度1 0 0 0 1 1 0 0 。C 、终轧温度 8 2 0 9 5 0 、卷取温度5 5 0 6 5 0 。 对钢带进行显微组织观察和力学与： 艺性能分 析，趴了解薄板坯连铸连轧流程v 微合金钢组织与 性能。分别取均热前和均热后铸坯样以及钢带样， 进行析出物化学相分
8、析和小角度衍射分析，系统地 研究薄板坯连铸连轧流程v 微合金钢的析出物析 出规律和探讨该钢的强化机理。 2 试验结果 2 1 显徽组织 用L e i c aM E F 一4 M 定量显微镜观察钢带显微组 织，并对铁索体晶粒尺寸进行定量分析。钢带显微 组织为越细晶铁素体+ 少量珠光体( 如图1 所示) ， 铁素体平均晶粒尺寸为3 。4 舢。沿钢带厚方向的 组织比较均匀，不同厚度规格钢带组织差异很小。 2 2 性能 对钢带进行拉伸试验、v 型冲击试验和冷弯试 验，结果见表2 。钢带屈服强度均在5 5 0 M P a 以上， 塑性和冷弯性能良好，不同规格钢带性能变化小，纵 横向性能波动小。对6 3
9、r a m 钢带进行v 冲击试验， 结果表明在薄板坯连铸连轧流程生产的v 微合金 钢具有良好的韧性。A S T MA 1 0 1 1 I A l 0 1 1 M 一2 0 0 0 标 准规定属服强度5 5 0 M P a 级I - B I A S F S 0 高强钢性 能为：强度o 。5 5 0 M p a ，6 2 0M P a ；塑性8 1 6 ，因此钢带的各项性能均达到或超过了屈服 圈1t P l 带显徽组织 窒! 竺! 竺竺 规格， 屈罨擎7抗篙警7延伸A 4 射藿慧蕞鬻i ? ，嬲= ?黝巳 d = 1 5 a ，1 8 酽 0 一2 0 6 C0 一2 0 1 8 32 63 完好
10、 完好 完好 一 一 6 强度5 5 0 M P a 级H S L A S F S 0 高强钢的性能指标。 试验结果表明，在薄板坯连铸连铸流程采用V 微合 金化技术可以生产较高强度级别钢带。 2 3 析出物分析 2 3 1 铸坯均热前和均热后析出物分析 试验钢铸坯均热前和均热后析出物化学相分析 结果见表3 。均热前，铸坯中v 已几乎全部析出，均 热后铸坯中仍有一半v 析出物存在，析出物类型为 V ( C N ) 。对化学萃取沉淀粒子进行了小角度衍射分 析，结果见表4 。 裹3 铸坯析出栩化学相分析结果 注：- 为计算数据 裹4 铸坯中不同粒度析出桷体积分数 麴恐；昌盟笛玎嚣塑；舍鼢锄盟锄跏粥
11、2 0 0 6 年增刊 河南冶金 均热前铸坯中析出物平均粒度4 0 h m ，均热后铸 坯中析出物平均粒度4 4 r i m 。总体来看，虽然v 在铸 坯上已大量析出，但析出粒子以6 0 r i m 以下微小颗粒 为主，1 0 0 r i m 以上的粗大析出粒子数量较少。均热后 析出物数量减少，粒度也略有增加，这说明在薄板坯 连铸连轧流程均热过程中析出物发生了溶解和长大。 2 3 2 钢带析出物分析 现钢带越薄，即轧制压F 量越大，析出物数量越多， 说明变形有利于v 析出。对化学萃取沉淀粒子进 行了小角度衍射分析，结果见表6 。其中1 8 n u n 钢 带析出物平均粒度5 7 n m ；3
12、2 r m n 钢带析出物平均粒 度5 2 r m a ，6 3 n m a 钢带平均粒度5 9 r i m 。钢带的析出 物粒度较均热后铸坯中的析出物粒度大，说明钢带 中微合金析出主要是在连铸过程中发生的，并在后 钢带中析出物化学相分析结果见表5 。可以发序连轧、冷却和卷取过程中，析出物略微长大。 裹5 钢带析出物化学相分析结果 囊6 钢带中不同粒度的析出袖体积分数 粒于尺寸间隔，皿厚度1 8 m m 厚度3 2 n m a 厚度6 3 m m 3 分析与讨论 3 1 析出物 运用T H E R M O C A L C 热力学软件计算试验钢 中V ( C ，N ) 的析出曲线，发现V ( C
13、 ，N ) 开始析出温度 约1 1 4 0 。试验钢连铸坯人炉温度为9 5 0 左右， 因此在均热前铸坯上将有V ( c ，N ) 析出。采用1 1 5 0 1 2 0 0 。C 的均热温度，在热力学上铸坯中析出的v ( c ，N ) 是可以溶解的，但薄板坯连铸连轧流程的铸 坯均热时问较短，析出物溶解的动力学条件不充分， 因此在均热后仍有一定量v 析出物。 3 2 超细晶组织 1 ) 据G l a d m a n 提出的第二相粒子钉扎晶界时解 钉的判据及试验测得的析出物情况_ - t - 舅t 出奥氏体晶 粒尺寸与沉淀粒子直径的关系如图2 所示。热连轧 前铸坯中有大量细小的析出物，其粒度为4
14、4 n m ，据 一 ，r 一r r O r tJ c I z e n m 田2 铸坯析出袖对奥氏体量杖尺寸的嚣晌 此可以计算出铸坯中析出物可将变形后再结晶奥氏 体晶粒钉扎在6 t m a 左右。可见，铸坯中大量细小的 V ( C ，N ) 析出物，可显著的阻止形变奥氏体再结晶 晶粒的长太，为最终获得3 4 a n 超细晶组织提供 非常有利的保障。 2 ) 铸坯中大量的v ( c ，N ) 析出物颗粒可能会作 为相变铁素体形核位嚣，增加铁索体相变形核率，有 利于最终钢带组织超细化 4 】。这一过程是否存在还 有待进一步研究。 3 3 强化机理 根据扩展的屈服强度计算经验公式”】： Y S =
15、6 3 + + 舄s i + 7 0 0 P + _ s 0 0 0 N k + 1 5 4 3 0 C + 矗】畔+ ( 3 6 0 + m 0 0 C 2 ) ( 1 一F ) ( 1 ) 计算得细晶强化贡献为3 0 0 3 2 0 M P a 晶格阻 力、固溶强化以及组织强化的综合贡献约2 0 0 M P a 。 根据第二相强化机理，采用O r o w a n 机制，应用 公式： d Y S p = 8 9 9 5 1 0 3j l I l ( 2 4 1 7 d ) ( 2 ) 和钢带中不同粒度范围内的V ( C ，N ) 的体积分 数计算得到不同粒度的V ( C ，N ) 的析出强化量见表 7 ，对每个粒度范围得析出强化量采用均方根叠加得 到综合增量约为6 0 8 0 M P a 。 寰7 不罔粒崖的V ( C r q 的析出强化h 吼 粒度l i m a厚度1 8 r a m 厚度3 2 r a m 厚度6 ，3 岫m 1 54 4 0 75 0 4 43 6 4 9 5 一l o4 1 3 7拍9 93 4 5 2 1 0 1 8M 9 02 2 0 92 8 1 8 3 63 2 6 13 0 仿2 7 0 0 3 6 6 01 6 0 01 1 3 9 9 6 4 6 0 9 6 5 9 76 1 75 0 4 f 7 5 1 47 9 4 46 1 帕
