微合金化超细晶中厚板轧制的热模拟研究

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1、东北大学硕士学位论文摘要在所有改善钢材性能的措施当中，晶粒细化是唯一在提高强度的同时不降低塑性和韧性的强化手段。形变诱导铁素体相变和微合金化是获得超细晶组织的有效手段。近年来，我国科研人员对形变诱导铁素体相变进行了大量的研究，并将该理论运用到实际生产中，使普通Q235钢的屈服强度达到了400MPa，成功的丌发出了Super—SS400超细晶钢。以往对超细晶钢的研究主要集中在低碳钢的薄板轧制领域，对中厚板的研究较少。但中厚板的工业化生产具有和薄板完全不同的特点，如冷却速度慢、道次变形率小、道次间隔时间长等，直接影响了超细晶轧制过程中的相变的动力学规律和

2、晶粒细化效果。本论文针对中厚板生产的特点，将形变诱导铁素体相变理论和微合金化技术与中厚板轧制工艺结合起来，对高性能超细晶中厚板的开发具有重大理论指导意义。本研究以0．15％C一1．0％Mn的低碳钢为基础熔炼了5种铌、钒(氮)含量不同的实验用钢，通过热模拟的方法测试了合金在不同冷速下的铁素体转变点Ar3，对台金试样进行多道次热压缩变形．以模拟中厚板的轧制工艺，并对变形试样进行了光学显微镜和透射电镜下的显微组织观察，考察了各钢种在多道次变形条件下的组织演变过程：微合金元素钒、铌和钒氮复合对形变诱导铁索体相变的影响规律和第二相粒子的析出行为；以及改变应变参

3、数对组织演变的影响。所得主要结论如下：1．不同成分的合会试样奥氏体化以后，分别在2℃／s和5℃／s的冷速下测定铁素体开始转变温度(Ar3)。从实验结果来看，当以2。C／s冷却时，钒氮钢的相变温度比基础钢有明显提高，而其它合金由于钒、铌的加入均使相变点降低，铌的添加量越大，相变点降低的幅度越大。当以5℃／s冷却时，各合金的相变点均比2℃／s冷却时进一步降低，虽然降低的程度略小于基础钢，但含钒钢相变点仍然低于基础钢：由于钒氮钢降低的程度更小一些，所以相变点高于基础钢更加明显；铌钢相变点降低的幅度更小，相变点已经高于基础钢，而且铌的添加量越大，相变点降低的

4、幅度越小。2．合金试样奥氏体化以后，在850～730℃范围内进行总的相对变形量为60％以上的多道次变形，随着变形道次的增加(变形温度同时降低)，铁素体的体积分数逐渐增多。变形结束时，视具体变形参数不同，会有35％--60％左右的奥氏体转变为铁素体；变形后的试样继续以10"C／S的速度冷却到550℃，使之发生完全的奥氏体／(铁索体+珠光体)转变，得到的铁素体／珠光体的平均晶粒尺寸在3～6u1"11范围内变化。3．在相同的变形条件下，形变诱导铁素体的体积分数以钒氮钢最多，含钒钢最少，含铌钢、高铌钢和基础钢相差不大，说明钒氮复合添加有利于形变诱导铁素体相变

5、，单独添加钒对相变具有抑制作用，而添加铌基本不会抑制形变诱导铁素体相变(仅限于多道次变形)。合金试样变形后以不同的冷速冷却，使之发生完全的奥氏体／(铁素体+东北大学硕士学位论文摘要珠光体)转变，铌、钒微合金化均获得较好的细化作用，其中铌的作用优于钒，且细化效果随着添加量的增加而增大，钒氮复合微合金化得到的组织反而比未添加任何微合金化元素的基础钢还要粗大。终变形温度越高，累积变形量越小，变形后冷速越小，平均晶粒尺寸越大，钢种间差距越明显。4．通过改变应变参数的对比实验发现：在再结晶温区以上温度进行的粗轧有利于再结晶温区以下精轧过程中形变诱导铁素体的形成

6、，这主要是由于奥氏体在*HCL变形以后发生了再结晶细化；在通常超细晶轧制的精轧温度(820～800。C)范围内，增加变形道次，降低道次应变率有利于获得细化的显微组织，这说明在该变形温度范围内，变形后回复的程度很高，通过增加道次变形率不利于形变储能的积累，同时给设备增加不必要的负荷：如果进一步降低终轧温度，变形的回复程度降低，储能累积效果提高，如730℃的单道次变形比770。C的3道次变形的组织还要细化，说明降低终轧变形温度对于获得细化的铁素体／珠光体组织是最有效的。5，在多道次变形诱导铁素体相变过程中，微合金化元素的碳氮化物也开始析出。含钒钢中的碳氮

7、化物只能在铁素体中形成，而且数量很少；钒氮钢中的碳氮化物数量明显增加，其中VN可以在奥氏体中形成，V(C，N)在铁素体中形成。含铌钢中碳氮化物的析出数量更多，而且在奥氏体中就大量形成：在实验条件下，未溶相和析出相同时存在，随着铌含量的增加，未溶相的数量增多。6．过冷奥氏体在道次变形率低于30％，道次阳J隔时间大于5s的多道次变形条件下，变形抗力是变形温度、加工硬化和相变软化综合作用的代数和。在1000。C以上变形时，变形抗力是变形温度的函数，变形后的道次间隔时间内马上发生回复或再结晶：在850℃以下变形时，变形的基础抗力仍然随着变形温度的降低而增加，

8、由于道次间隔时间内只能发生部分回复，加工硬化不能完全消除，变形抗力还要随变形道次的增加而增加；随着变形温度的