冷却方式对热轧铌微合金钢微观组织和力学性能的影响

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1、冷却方式对铌微合金化热轧多相钢微观组织和力学性能的影响摘要：通过热轧实验验证层流冷却方式对铌多相钢板的微观组织和力学性能的影响。结果表明，在相同的热轧条件下，通过3种层流冷却方式可以获得含有铁素体、贝氏体和大量残余奥氏体的混合组织。3种冷却方式具有不同的奥氏体转变动力学，从而导致微观组成特征的变化。在冷却方式Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ下，屈服强度增加，拉伸强度下降和总伸长率趋于增加。冷却模式Ⅲ下处理钢板的屈服强度、总伸长率和强塑积达到最大值（分别为547MPa，37.2%和28384MPa·%）。关键词：铌微合金钢；热轧多相钢；冷

2、却方式；微观组织；力学性能众所周知高强度钢板压力成形性较差。传统的高强度低合金钢不能同时满足高强度和良好的冷成形性，尤其是超过700兆帕的拉伸强度等级后。最近开发的相变诱发塑性钢（TRIP）满足这一要求。它拥有一个包含铁素体，贝氏体和残余奥氏体的多相显微组织。塑性变形过程中残余奥氏体向马氏体转变增强应变硬化，并延迟了颈缩发生，使其具有良好的的伸长率和强度。然而，大部分TRIP钢的研究针对合金元素和热处理条件对冷轧钢板微观组织和力学性能的影响。而对热轧TRIP钢特别是对其控制轧制和控制冷却的研究很少。与冷轧TRIP钢

3、相比，热轧TRIP钢具有许多优点，如更短的生产工艺和更低的能耗成本，而且在生产上有更多的实际意义。然而，TRIP钢热轧过程中层流冷却的控制是很关键的。基于上述情况，本研究考察热轧后层流冷却方式对铌微合金化钢板微观组织和力学性能的影响和热轧钢板的多相显微组织以突破传统标准限制。1.实验过程在目前的研究中，钢的化学成分是碳0.2%，硅1.5%，锰1.45%，铌0.03%，铝0.03%，磷0.007%，硫0.003%和铁（质量分数，%）。钢锭在150Kg真空感应炉内熔化，并使厚度锻造为80mm，然后切成70mm×80mm

4、×100mm大小的坯。热轧实验在二辊轧机上进行。根据铌在碳，氮中的溶解度，将坯料在加热炉内以1200℃奥氏体化2小时，以保证铌完全固溶为奥氏体。之后，在再结晶和非再结晶奥氏体区轧制9道次，使钢板最终厚度为14mm。终轧温度在820℃左右。终轧之后，钢板通过3种冷却方式冷却到预定的温度，如图1所示。不同冷却方式通过在不同的冷却区域调整水流量进行控制。冷却模式Ⅰ分两步冷却，即空气冷却（AC）和随后的超快速冷却（UFC）。冷却方式Ⅱ和Ⅲ都分三步冷却，即层流冷却（LC）和UFC的中间空气冷却，以及UFC早期和晚期的中间空气

5、冷却。最终冷却温度为440℃至460℃。其次是利用石棉网冷却至室温而发生等温贝氏体转变，来模拟工业生产中材料堆冷过程中的热变化。Fig·1　Schematicdiagramofcoolingpatterns图1冷却方式示意图整个实验过程中，用红外测温仪测量钢板表面温度。根据GB/T228-2002拉伸试样沿纵向方向切开。力学性能在5105-SANS的万能试验机上以转速为5mm/min的十字头测定。微观组织通过4%硝酸酒精溶液腐蚀后在LeicaQ550IW光学显微镜（LOM）和Quanta600扫描电子显微镜（SEM

6、）上进行观察。TEM研究用的薄采用双喷电解以观察微量成分、位错和析出物。X射线衍射分析使用了衍射和CoKα辐射，以确认在微观组织中残余奥氏体量。2.实验结果2.1冷却方式对力学性能的影响表1显示了试验钢的力学性能。试样的屈服强度（YS），极限抗拉强度（UTS），屈服率（YR），总伸长率（TEL）和强塑积（UTS×TEL）如图2所示。试样1，2和3分别对应冷却方式Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。试样1具有最小屈服强度和最大抗拉强度，试样3显示了最大屈服强度和最小抗拉强度。试样2与试样1相比，具有较高的屈服强度和相对较低的抗拉强度。就总伸

7、长率而言，试样1和2几乎具有相同的值（分别是31.1%和30.8%），而试样3具有最大的伸长率37.2%。在图2（c）中强塑积（UTS×TEL）与图2（b）总伸长率呈现出类似的趋势。试样3强的塑积最大，为28384Mpa·%。如图2（d）所示，试样经冷却方式Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ冷却后屈服率增加。然而，这些值小于0.75。表1各试验钢的力学性能Fig·2　Tensilepropertiesofthreespecimens图2三个试样的拉伸性能2.2冷却方式对微观的影响在各种冷却模式下试样的LOM显微照片如图3所示，三个试样的显

8、微组织均由铁素体和贝氏体组成。在冷却方式Ⅱ，Ⅲ下获得的铁素体晶粒的微观组织比较细并且分布均匀，相应的晶粒大小分别约为6.3μm和5.6μm。与冷却方式Ⅱ，Ⅲ相比，冷却模式Ⅰ下的铁素体晶粒比较粗大，其大小约7.5μm。在三个试样的微观组织中铁素体量分别达到40.7%，41.5%和43.4%。在图3中也可以看出，有两种形式的铁素体，多角形铁素体或等轴铁素体。后者