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1、微合金控制轧制钢罗晓阳(昆明理工大学材料062班压力加工方向，学号：200610204213) 摘要：本文简述了微合金化技术的基本原理，结合实际的生产过程中Nb微合金 热轧钢在控制轧制中的应用，这里主要介绍了 Nb微合金控制轧制钢生产工艺技 术和Nb微合金控制轧制钢以后达到的金相组织，说明了微合金控制轧制在生产 中的重要性。关键词：Nb微合金化控制轧制热轧钢品粒细化Micro-alloy steel controlled rollingLuo Xiaoyang(Kunming University of Science Materials 062 class pressure processi
2、ng, learning number: 200610204213)Abstract: This paper outlines the micro-alloying with the fundamental principles, combined with the actual production process, Nb micro-alloy hot-rolled steel in the control rolling application, this is mainly introduced Nb microalloyed steel production process cont
3、rol rolling technology and control of Nb microalloyed After the meet rolled steel microstructure shows that micro-alloy controlled rolling in the production of importance.Key words : Nb micro-alloyed hot-rolled steel controlled rolling grain refinement1、前沿我们在“材料成型过程控制”这门课中，学习了有关“微合金因素在控制中 的作用”，主要了解到
4、了微合金在控制轧制中使之在钢中形成C、N及碳氮化合物， 利用在不同条件下产生溶解和析出机理起抑制品粒长大以及产生沉淀强化作用， 在控制轧制中，前者尤为重要。主要的微合金元素铌、钛、钒，在这章内容的学 习中，通过课堂的学习和图书馆资料的了解，我主要讨论一下Nb微化合金的技 术原理以及在热轧钢的生产中的应用。不足之处还望老师指教。2、Nb微合金化技术基本原理2.1晶粒细化2、3品粒细化是唯一既能提高强度又能提高韧性的方法。Nb通过析出质点影响 品粒成核和晶界迁移来影响晶粒尺寸，品粒尺寸的大小对钢的强韧性的影响可由 下面的关系式表示：品粒细化对钢的屈服强度。s的作用为：O =O +k d-1/2Pi
5、ckering等对低碳钢提出品粒细化对钢的韧脆转折温度Tc的作用为： Tc = ak2d-i/2式中a包括了除晶粒直径外其他所有因素对韧脆转折温度的影响，而k d-1/2为2 晶粒直径对韧脆转折温度的影响，一般k2=11.5C/mm1/2。通常0.03%Nb钢，由于析出强化、细化品粒，可提高。s150MPa,改进韧性 转变温度约30K。2.2析出强化2微合金元素在钢中形成碳、氮或碳氮化物，能在钢中产生析出强化作用，使 钢的强度得到明显升高，但通常会使钢的脆性转折温度提高。2.3含Nb第二相质点对奥氏体结晶延迟作用Nb对奥氏体结品具有强烈的延迟作用，这主要是通过第二相质点的钉扎作 用。目前所研究
6、的溶质元素中，Nb具有最强烈的阻止再结品的作用，控制轧制 的钢中一般都必须加入微合金元素Nb。Nb加入量一般应高于0.026%才能保证 无再结品温度高于950C，从而显著降低控轧对轧机负荷的要求。通常Nb的加 入量为 0.030.10%。3、Nb微合金化热轧钢3.1采用的工艺措施3.1.1成分控制(1) C、 Si、 MnC、Si属固溶强化元素，会损害钢的韧性和可焊性，通常取下限，而强度则 通过“提Mn”和加入微合金元素来提高，这是目前微合金化钢成分设计的基本 原则。Mn有细化品粒的作用，既可以提高强度，又可以提高韧性，通常取中上 限。(2) S、 P因为S、P都是钢中的杂质元素，它们会严重降
7、低钢的冲击韧性、焊接性能 等，特别是S,它是降低钢的横向冲击韧性的主要杂质元素。因此采用低S、P 铁水冶炼，保证钢中S、P含量均小于0.025%，提高钢材的性能。3.1.2含Nb钢冶炼工艺Nb对氧的亲和力相当小，要比常用的脱氧元素和V、Ti等微合金元素要低， 甚至低于Mn，因此，Nb在镇静钢中的回收率通常为95%或更高。通常块状Nb 铁在出钢时加入钢包，考虑到Nb铁的价格和其对氧的亲和力，Nb铁应在硅铁、 铝和锰铁之后加入。采用无渣出钢，防止块度小的Nb铁加入钢渣。3.1.3钢包喂Si-Ca线对硫化物进行变性处理MnS在钢液凝固时在晶界处析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢的机 械性能，产生
8、性能上的各向异性，而(Ca,Mn)S在轧制时不变形，对钢的机械性 能影响不大，消除了各向异性，因而可有效改善钢的横向性能。Nb钢通常都要 求高的韧性和高的延展性，所以生产Nb钢都要求低、，但目前铁水预脱硫装置 成本较高，故采用了钢包喂Si-Ca线对硫化物进行变性处理的技术。通过在钢包 内喂入适量的Si-Ca线，对硫化物进行变性处理，消除或减少第二类硫化物MnS， 代之以第三类硫化物(Ca,Mn)S，从而可显著改善钢的延展性和横向冲击韧性。另 外，喂Si-Ca线还可消除或减少链状的铝酸盐，代之以熔融氧化物，从而可避免 连铸时钢包和中间包水口堵塞。3.1.4采用低过热度浇铸因为钢水过热度过高会引起
9、铸坯中心偏析和中心疏松，表现为铸坯中心元素 分布的不均匀性和柱状品发达，恶化钢的机械性能，降低韧性，同时中心偏析区 粗大的沉淀物(瞄、Nb(叫)会加速中心裂纹的扩展，因此采用低过热度浇铸， 过热度一般小于20C。3.1.5采用无氧化保护浇铸技术采用无氧化保护浇铸技术可防止钢液在浇铸过程中的二次氧化，减少钢中夹 杂物的含量，提高钢的纯净度。而一般来说，钢中夹杂物的增加会恶化钢的性能， 特别是超过临界尺寸的夹杂物的存在会使冲击韧性明显降低。3.1.6连铸二冷制度的优化Nb是强的碳、氮和碳氮化物生成元素，连铸过程中，含Nb微合金钢铸坯冷 却到奥氏体低温域时，铸坯中微细的Nb(C、由品粒中析出，钢的延
10、塑性变 差，容易导致铸坯表面裂纹的产生，因此成为含Nb钢连铸坯质量的主要问题之 一。为了优化二冷制度，确保铸坯质量，对H型钢种用Gleeble-2000热模拟试 验机进行了钢的热塑性试验，确定了钢的的最佳矫直温度范围(见图一)，图中 A、B、C分别代表SM400B、MA345和SM490B钢的高温塑性曲线。据此，对连铸 冷段比水量进行了调整，在原来的基础上下调了 0.050.10升/公斤钢，使异 型坯的质量得到了较大的高。OOOOOOOOOOO 09876543215 97图1刚的高温塑形曲线3.1.7采用控制轧制技术所谓控制轧制就是在热轧过程中通过对加热制度、变形制度的合理控制，使 热塑性变
11、形和固态相变相结合，尽量细化奥氏体的品粒，以及用变形的方法使奥 氏体产生更多的位错、亚晶界等，形成细小的铁素体和较为细小的珠光体球团， 从而达到提高钢的强度、韧性和焊接性能的综合目的。控轧工艺如下：(1)控制加热温度根据有关的研究成果，只有在均热温度下处于固溶态的合金元素才可能起到 阻止再结品的作用。均热温度较低时，将存在部分未溶微合金碳氮化物，它们不 可能产生阻止奥氏体再结品的作用。提高均热温度固然可以使有关的合金元素溶 解，但均热温度过高会造成品粒过分粗大，而形变品粒细化效果与初始晶粒尺寸 有密切的关系，无再结品形变之前的晶粒尺寸越细小，最终所得的晶粒有效界面 积越大，所以通常未再结品区控
12、制轧制钢的均热温度应选取在微合金元素碳氮化 物全固溶温度略高一点(约高20C左右)的温度。由于Nb的固溶量与温度的关 系符合下式：lgNbC=A-B/(273+t)式中：Nb、C分别为固溶在钢中的Nb和C元素的质量分数；A、B为常 数；t为温度。对lgNbC和温度t进行回归分析，便可确定Nb的固溶度积 公式，再由固溶度积公式，便可确定Nb微合金化钢的全固溶温度。(2)控制粗轧机开轧温度和粗轧累计变形率在钢的无再结品温度以下轧制时，变形量再大也不能产生再结品现象。一般 将无再结品温度至相变点Ar3这一温度区域称为奥氏体未再结品区。这是控轧的 最主要阶段，也是控轧的主要特征。轧制时Y晶粒被拉长，产
13、生了变形带和大量 的位错，当发生相变时就得到细小的铁素体品粒，并且随着变形量的加大，转变 后的铁素体数量增加，珠光体数量减少。在未再结品区的变形量有累积作用，在 未再结品区多道次的变形就可以使Y 。形变后获得均匀细小的铁素体品粒，其 细化程度可达1112级。经Gleeble-2000热模拟试验机实验研究，测定了 Nb 微合金化钢在万能轧机轧制条件下的无再结品温度。目前在粗轧机内在相应钢种 的无再结品温度以下进行轧制，并能保证累计变形率60%，从而达到了细化铁 素体品粒的目的。3.2金相组织Nb微合金化R热轧钢的显微组织均为铁素体+珠光体，由于采用了 Nb微合 金化技术和控制轧制技术，显微组织均
14、较细小，品粒度为911级。显微组织 和奥氏体品粒图2和图3。图2组织照片图3奥氏体品粒照片4、结语微合金Nb通过利用在不同条件下产生溶解和析出机理起抑制品粒长大达到 以及产生沉淀强化作用，在实际生产中通过控制轧制技术结合低过热技术、无氧 化保护浇铸技术以及对Nb微合金化钢型坯连铸二冷制度的优化及，大大提高了 从钢坯成型的质量，为生产出合格的微合金控制轧制钢提供了保证。参考文献：1 王有铭，李曼云，韦光.钢材的控制轧制和控制冷却M.北京：冶金工业出版 社，1995，52 于定孚，海洋石油工程用钢，钢铁1989,No.12.3 王祖滨，低合金钢和微合金钢的发展，中国冶金，1999, No.3 .4 吴永斌，控制轧制与高强度高韧性钢板的试制，宽厚板，1999, No.3.5 T.M.胡金杜尔恩等，钢的微合金化及控制轧制，冶金工业出版社，1984，126 王新华等，减少铌、钒、钛微合金化钢连铸板坯角横裂纹的研究，钢铁，1998, No.1.7 颜晓峰等，含铌16Mn钢的奥氏体品粒粗化和NbC固溶析出行为，钢铁研究 学报，2000.No.2.
