（材料学专业论文）微合金化超细晶中厚板轧制的热模拟研究.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 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q 2 3 5 钢的屈服强度达到了4 0 0 m p a ，成功的丌发出了s u p e r s s 4 0 0 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 1 5 c 一1 0 m n 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ar 3 ，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( a r 3 ) 。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，相变点降低的幅度越小。 2 合金试样奥氏体化以后，在8 5 0 7 3 0 范围内进行总的相对变形量为6 0 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3 5 - - 6 0 左右的奥氏体转变为铁素体； 变形后的试样继续以1 0 c s 的速度冷却到5 5 0 ，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 6 u1 1 1 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，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，这主要是由于奥氏体在* h c l 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( 8 2 0 8 0 0 。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7 3 0 的 单道次变形比7 7 0 。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v n 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3 0 ，道次阳j 隔时间大于5 s 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1 0 0 0 。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8 5 0 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，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； 随着变形温度的降低，奥氏体向铁素体转变的化学驱动力增加，变形储能的累积在热力 学和动力学两个方面都进一步促进了奥氏体铁素体相变的发生，相变中形成新的无畸 变的铁素体代替形变奥氏体抵消了一部分材料的加工硬化，使变形抗力曲线在达到一定 的极值后下降，所以在所有的实验变形条件下，材料的整体变形抗力未超过2 0 0 m p a 。 关键词：形变诱导铁素体相变，超细晶中厚板，微合会化，热模拟 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t a m o n ga l l t h es t r e n g t h e n i n ga p p r o a c h e sf o rs t e e lp r o d u c t s g r a i nr e f i n e m e n ti st h e u n i q u eo n et h a td o e sn o td e s t r o yt h ed u c t i l i t ya n dt o u g h n e s sw h i l ei m p r o v e i n gt h es t r e n g t h d e f o r m a t i o ni n d u c e df e r r i t et r a n s f o r m a t i o n ( d i f t ) a n dm i c r o a l l o y i n ga r eb o t he f f e c t i v e a p p r o a c h e sf o ra c h i e v i n gu l t r a f i n e - g r a i n e ds t e e l s r e c e n t l y ，l o to fr e s e a r c ho nd i f th a v eb e e n c a r r i e do u tb ys t e e lr e s e a r c h e r si nc h i n a ，a n dan e wc o m m e r c i a ls u p e r s s 4 0 0s t e e lw i t ht h e y i e l ds t r e n g t ho f4 0 0 m p aw a sd e v e l o p e db a s e do nt h ep l a i nc a r b o ns t e e lq 2 3 5e m p l o y i n gt h i s t h e o r y c o n t r a s t e dw i t hl a r g ea m o u n to fr e s e a r c hw e r ec o n d u c t e do nt h ec o n t i n u o u sr o l l i n go f u l t a f i n e g r a i n e dm i l ds t e e ls l a b ，l i t t l er e s e a r c hw a sc a r r i e do u to nt h eu l t r a f i n e g r a i n e d m e d i u ma n dh e a v yp l a t ew h i l ep h a s et r a n s f o r m a t i o nk i n e t i c sa n dg r a i nr e f i n e m e n te f f e c t d u r i n gu l t r a f i n e g r a i n e dr o l l i n ga r ei n f l u e n c e dd i r e c t l yb yt h ed i s t i n g u i s h e df e a t h e ro fm e d i u m a n dh e a v yp l a t er o l l i n gf r o ms l a br o l l i n g ，s u c ha sl o w e rc o o l i n gr a t e ，l i g h t e rp a s ss t r a i na n d l o n g e rp a s si n t e r v a l i np r e s e n tr e s e a r c h ，t h ed i f tt h e o r yt o g e t h e rw i t hm i c r o a l l o y i n g t e c h n o l o g ya r ec o m p o u n dw i t ht h em e d i u ma n dh e a v yp l a t ep r o d u c t i o n ，w h i c hi sv e r y p r o m i s i n gf o rh i g hp e r f o r m a n c em e d i u ma n dh e a v yp a l t ed e v e l o p m e n t i np r e s e n tp a p e r , 5m i c r o a l l o y e ds t e e lw i t hd i f f e r e n tc o n t e n t so fv v _ na n dn be l e m e n t s w e r es m e l t e db a s e do nao 1 5 c 一1 o m nm i l ds t e e l a f t e rm u l t i p a s sh o td e f o r m a t i o no na g l e e b l e 一1 5 0 0t h e r m e c h a n i c a ls i m u l a t o rt os i m u l a t et h er o l l i n gp r o c e s so fm e d i u ma n dh e a v y p l a t e ，t h ee x p e r i m e n t a ls p e c i m e n sw e r eo b s e r v e db yo p t i c a lm i c r o s c o p y ( o p ) a n dt r a n s a c t i o n e l e c t r o n i cm i c r o s c o p y ( t e m ) t oe x a m i n et h em i c r o s t m c t u r ee v o l u t i o nd u r i n gm u l t i p a s s d e f o r m a t i o n t h ee f f e c t so fm i c r o a l l o y i n ge l e m e n t s o fv v - na n dn bo nd i v i 、a n dt h e p r e c i p i t a t eb e h a v e i o ro ft h es e c o n dp h a s e ，a sw e l la st h ee f f e c t so fd e f o r m a t i o np a r a m e t e r s v a r i e t yo nt h em i c r o s t r u c t u r ee v o l u t i o n s t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r el i s t e da sf o l l o w i n g ： 1 t h ef e r r i t es t a r tt e m p e r a t u r eo ft h ee x p e r i m e n t a ls t e e l s ，i e a r 3 ，a tc o o l i n gr a t eo f2 。c s a n d5 c sw e r et e s t e da f o ra n s t e n i z a t i o nr e s p e c t i v e l yi tc a nb ef o u n dt h a t ，u p o nc o o l i n ga t l o w e rc o o l i n gr a t e t h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r eo fs t e e lv _ nw a s a p p a r e n t l yh i g h e rt h a ns t e e lp - c t h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r e so ft h eo t h e re x p e r i m e n t a ls t e e l sm o n o m i c r o a l l o y e dw i t hvo rn b w a sa l ld e c r e a s e dt od i f f e r e n te x t e n t t h em o r en bc o n t e n t d o p e d ，t h e l o w e rc r i t i c a l t e m p e r a t u r ea c h i e v e d w h i l ec o o l e da th i g h e rc o o l i n gr a t e ，a l lo ft h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r e so f e x p e r i m e n t a ls t e e l sw e r ed e c r e a s e df u r t h e r t h o u g hs m a l l e rd e c r e a s e m e n tg e t t e d ，t h ec r i t i c a l t e m p e r a t u r eo fs t e e lvw a ss t i l ll o w e rt h a ns t e e lp - c b e c a u s es m a l l e rd e c r e a s e m e n ta t t a i n e d ， t h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r eo fs t e e lv - nb e c a m eh i g h e rt h a ns t e e lp cm o r er e m a r k a b m y t h e l i g h t e s td e c r e a s e m e n tw a sf o u n d e di nt w on b b e a r i n gs t e e l s ，m a k i n gt h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r e v 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t h i g h e rt h a ns t e e lp c ，t h em o r en b c o n t e n td o p e d ，t h eh i g h e rt h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r e 2 a f t e ra u s t e n i z a t i o n ，m u l t i p a s sd e f o r m a t i o ni nt h et o t a ls t r a i no fm o r et h a n6 0 w a s c o n d u c t e do nt h ee x p e r i m e n t a ls t e e l si nt h et e m p e r a t u r er a n g eo f8 5 0 7 3 0 a st h e d e f o r m a t i o np a s si n c r e a s e d ，t h ev o l u m ef r a c t i o no ff e r r i t ei n c r e a s e da c c o r d i n g l y g e n e r r a l y , a b o u t3 5 - 6 0 o fa u s t e n i t ew o u l db et r a n s f o r m e di n t of e r r i t ea f t e rd e f o r m a t i o nd e p e n d i n g o nt h ed e f o r m a t i o np a r a m e t e r s ，w h e nt h ed e f o r m e ds a m p l e sw e r ec o o l e da tt h ec c o l i n gr a t eo f 1 0 st ol o w e rt h a n5 5 0 * c y o + pt r a n s f o r m a t i o no c c u r r e dc o m p l e t e l y , a n dt h em e a n g r a i nd i a m e r t e r sv a r yi nt h er a n g eo f 3 6l am 3 u n d e rt h es a m ed e f o r m a t i o nc o n d i t i o n s ，t h ev o l u m ef r a c t i o no fd i fo fs t e e lv - n w a sa l w a y st h em o s t ，t h a to fs t e e lvw a st h el e s t ，a n dn oa p p a r e n td i f f e r e n c ew a sm a d e b e t w e e nt h es t e e ll n b ，s t e e lh - n ba n ds t e e lp c t h ee x p e r i m e n tr e s u l ts h o w e dt h a t ，d i f t w a se x p e d i t e db yv - nm i c r o a l l o y i n g ，i n h i b i t e db yvm i c r o a l l o y i n g ，n o tr e m a r k a b l e l y i n f l u e n c e db yn b m i c r o a l l o y i n g a f t e rd e f o r m a t i o nt h ee x p e r i m e n t a ls t e e l sc o o l e di nd i f f e r e n t c o o l i n g r a t e y a + pt r a n s f o r m a t i o no c c u r r e dc o m p l e t e l y t h em i c r o s t r u c t u r e so f n b m i c r o a l l o y e da n dv - m i c r o a l l o y e dw e r er e f i n e db e t t e r , a n dt h er e f i n e m e n te f f e c to f n b w a s b e t t e rt h a nv t h em o r et h en bc o n t e n t ，t h em o r ea p p a r e n tt h eg r a i nr e f i n e m e n te f f e c t t h e m e a ng r a i ns i z eo fs t e e lv - nw a sa l w a y sb i g g e rt h a nt h a to fs t e e lp c t h eh i g h e r t e m p e r a t u r eo fl a s td e f o r m a t i o n ，t h es m a l l e rt o t a l d e f o r m a t i o n ，t h el o w e rc o o l i n gr a t ea f t e r d e f o r m a t i o n ，t h eb i g g e rd i f f e r e n c eo fm e a ng r a i nd i a m e t e rw a sa t t a i n e d 4 f r o mt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so fc h a n g i n gd e f o r m a t i o np a r a m e r s ，i tc o u l db ef o u n d t h a t ：r o u g hr o l l i n go v e rt h er e c r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r ew a sb e n e f i tf o rd i f ti nt h ec o u s eo f f i n i s hr o l l i n gu n d e rt h er e c r y a t a l l i z e dt e m p e r a t u r e ，b e c a u s eo fg r a i nr e f i n e m e n to fa u s t e n i t e r e c r y s t a l l i z a t i o n a f t e r r o u g hr o l l i n g w i t h i n t h e f i n i s h r o l l i n gt e m p e r a t u r er a n g e o f a l t r a f i n e g r a i n e dr o l l i n g ，i n c r e a s i n gd e f o r m a t i o np a s sa n dd e c r e a s i n gp a s ss t r a i nw a sb e n e f i t f o ra c h i e v i n gr e f i n e dm i c r o s t r u c t u r e ，w h i c hi n d i c a t i n gt h a tr e c o v e r ya f t e rd e f o r m a t i o nw a s a p p a r e n ti nt h i st e m p e r a t u r er a n g e ，i n c r e a s i n gp a s ss t r a i nw a sn o tb e n e f i tt h ea c c u m u l a t i o no f s t r a i ne n e r g y i ft h ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r ew a sd e c r e a s e df u r t h e r , r e c o v e r ye x t e n tw o u l d d e c r e a s ea n dt h ea c c u m u l a t i o no fs t r a i n e n e r g yi n c r e a s ea c c o r d i n g l y , f o re x a m p l e ，t h e m i c r o s t r u c t u r eo f1 - p a s sd e f o r m a t i o na t7 3 0 。ci sr e f i n e dm o r ea p p a r e n tt h a nt h a to f3 - p a s s d e f o r m a t i o na t7 7 0 。c ，i n d i c a t i n gr e d u c i n gt h ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r ea r et h em o s te f f e c t i v ef o r g a i nr e f i n e m e n to f + p 5 i nt h ec o u s eo fm u l t i - p a s sd e f o r m a t i o na n dd i ft t h ec a r b o n i t r i d eo fm i c r o a l l o y e d e l e m e n ts t a r tp r e c i p i t a t i n g s m a l la m o u n to fc a r b o n i t r d eo fv a n a d i u mc o u l db ef o r m e do n l yi n f e r r i t eo fs t e e lvt h ea m o u n to fc a r b o n i t r i d ei ns t e e lv - ng r o wa p p a r e n t l y , t h en i t r i d eo f v 东北失学硕士学位论文 a b s t r a cc v a n a d i u mc o u l db ef o r m e di nt h ea u s t e n i t e ，w h i l ec a r b o n i t r i d eo fv a n a d i u mo n l yb ef o r m e di n f e r r i t e n l el a r g ea m o u n to fc a r b o n i t r i d eo fv a n a d i u mw e r ep r e c i p i t a t e di na u s t e n i t eo fs t e e l l n ba n dh - n b ，u n d i s s o l v e da n dp r e c i p i t a t e dp h a s ec o e x i s ta tt h es a m et i m eu n d e rt h e e x p e r i m e n tc o n d i t i o n ，a st h ec o n t e n to f n bi n c r e a s e d ，t h ea m o u n to f u n d i s s o l v e dp h a s er a i s e d 6 u n d e rt h em u l t i p a s sd e f o r m a t i o nc o n d i t i o n so fp a s ss t r a i nl e s st h a n3 0 a n dp a s s i n t e r v a lt i m eg r e a t e rt h a n5 s ，t h er e s i s t a n c eo fd e f o r m a t i o no fu n d e r c o o l e da u s t e n i t ew a s t h e c o m p o u n d r e s u l t so fd e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e ，w o r k h a r d e n i n g ，p h a s et r a n s f o r m a t i o n s o f t e n i n ge f f e c t d e f o r m e do v e r1 0 0 0 t h er e s i s t a n c eo fd e f o r m a t i o nb e c a m et h ef u n c t i o n o fd e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e ，r e c o v e r ya n dr e c y s t a l l i z a t i o no c c u r r e di m m e d i a t e l yi nt h ep a s s i n t e r v a l sa f t e rd e f o r m a t i o nd e f o r m e db e l o w8 5 0 ，t h er e s i s t a n c eo fd e f o r m a t i o ni n c r e a s e d a st h ed e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ed e c r e a s e d a n d ；tw o u l da l s oi n c r e a s ea st h ed e f o r m a t i o n s t r a i ni n c r e a s e d ，b e c a u s eo n l yp a r t i a lr e c o v e r yo c c u r r e di np a s si n t e r v a l sa n dw o r k h a r d e s s c a l l tb ee r a s e dc o m p l e t e l y a st h ed e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ed e c r e a s e d ，t h ec h e m i c a ld r i v i n g f o r c eo fa u s t e n i t et r a n s f o r m i n gt of e r r h ei n c r e a s e d ，t h es t o r e de n e r g yt h r o u g hd e f o r m a t i o n e x p i d i t ea u s t e n i t et r a n s f o r m e d t of e r r i t ei nb o t ht h ek i n e t i c sa n dt h e r m o d y n a m i c st h e r e p l a c e m e n to fn e wf e r r i t e i ns t e a do fd e f o r m e da u s t e n i t ew o u l dc o u n t e r a c t ss o m e w o r k - h a r d e n i n gm a k i n gt h e d e f o r m a t i o nr e s i s t a n c ec u r v ef a l ld o w na f t e rm a x i m i z i n g ， t h e r e f o r et h et o t a ld e f o m a a t i o nr e s i s t a n c et h es a m p l e sn e v e re x c e e d e d2 0 0m p au n d e rt h e e x p e r i m e n t a ld e f o r m a t i o nc o n d i t i o n s k e y w o r d s ：d e f o r m a t i o ni n d u c e df e r r i t et r a n s f o r m a t i o n ( d i f t ) ，s u p e r f i n e g r a i nm e d i u mp l a t e ， m i c r o a l l o y i n g , t h e r m a ls i m u ! a t i o n v l 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：杜盆自 日 期：奠口d ，1 6 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意。) 学位论文作者签名：在镧导师签名：互互军 签字日期：2 莎 签字日期：土卯，i 1 7 东北大学硕士学位论文第一章前言 第一章前言 1 1 概述 微合会化技术是2 0 世纪7 0 年代出现的新型冶会技术，它是在钢中加入极少量微合金 化元素，利用这些微合金化元素的强化作用，辅之以高纯洁度冶炼工艺、无缺陷连铸坯 生产技术、控轧控冷手段，在尽可能少加或不加贵重合金元素( 主要指c r 、n i 、m o ) 的条件下，使钢在热轧状态即可获得高强度、高韧性、高可焊接性和良好的成型性能， 该技术具有很高的经济效益和推广价值，受到国内外冶金界的普遍重视，获得广泛应用 。微合金化钢是采用现代冶令生产流程生产的低成本、高技术钢铁产品，这类微合会 化钢已成为广泛应用于海上石油钻采平台、油气输送管线、高层建筑、桥梁建设等方面 不可缺少的重要钢铁材料：近几年来，我国微合金化技术加快了发展步伐，但仍落后于 国际水平，2 0 0 3 年我国钢铁产量虽突破2 亿吨，而微合会化钢只占l o 1 5 。要使我国 钢铁工业满足社会多层次的需求，就必须提高钢铁工业的技术含量【2 13 1 。 钒、铌、氮等合余元素在提高大型件和中厚板钢材的韧性和强度方面都可以发挥突 出作用，他们作为开发低合金钢的有效元素得到了广泛的应用。我国微合金元素储量丰 富，氧化钒的储量达n 2 5 0 0 ) i t ，占世界第三位；氧化铌储量为3 8 8 万t 。因此我国具有发 展微合会化钢的巨大资源优势。随着冶余生产设备和工艺技术的更新与变革，微合会元 素的使用已使低合金高强度钢领域的品种发生了深刻的变化，微合金元素的丌发与应用 充实了低合金钢的物理冶金内容和强韧化原理【4 5 1 。 近年来，依靠科技进步，工程建筑、造船、管线、桥梁、汽车、锅炉、容器等行业 的发展是比较迅速的，相比之下为这些行业提供材料的中厚板行业的发展要滞后的多。 近年来我国国内市场需求结构发生了重大变化，即对普通产品中厚板的需求已饱和，但 对高品质中厚板的需求同益扩大，而中厚板行业高技术含量品种的生产能力较低，专用 品种的国内市场相当大部分无形中被国外占领，而技术含量低的品种出现供过于求。目 前我国中厚板品种较少，主导产品仍然是普碳钢板，据有关数据统计，国内普碳钢扳占 7 0 8 0 ，而国外专用板的比例在4 0 7 0 以上，而且做到了品种结构优化和系列 化 6 】。因此，依靠科技进步，提高中厚板产品技术含量、优化和调整产品结构，围绕提 高中厚板生产工艺技术进行技术改造，是中厚板行业自身发展以及适应中厚板使用行业 需求的关键所在【7 j 。 1 2 微合金钢的控制轧制 机械制造行业大量使用碳素结构钢及合金结构钢制作机械零件。为使零件具有良好 的综合力学性能，一般要经过调质热处理。7 0 年代以来，为了节约能源、降低制造成本， 各国相继开发出一系列不需要调质处理的高强度低合金钢，并根据其特点制定了控轧控 一1 - 东北大学硕士学位论文第一章前言 冷工艺。 1 2 1 微合金化的设计原则 低合金高强度钢的强化机制包括固溶强化、沉淀强化、位错及亚结构强化等的贡献， 根据修正的h a l l p e t c h 公式【8 】表示如下： 6 s ( m p a ) = a o + o s s + 1 3 d + a d + k d “ ( 1 - 1 ) o 旷一铁素体晶格摩擦力 a s ，一固溶强化增量 a 。一沉淀强化增量 1 3 - 越错以及亚结构强化增量 k 一常数 d 晶粒直径 在所有可以对钢的强化作出贡献的机制中，细化晶粒强化是最有效也是最合理的， 因为它在提高钢的强度的同时，可以改善钢的塑性、韧性以及得到更低的韧脆转变温度 ( f a t t ) 。在对细化晶粒强化进行深入的研究和充分的认识之前，人们对钢的强化手段 多依赖于固溶强化、沉淀强化以及位错强化等机制。这包括借助于对低强度级别的钢采 取增加c 和m n 的含量以提高珠光体的体积分量和增加固溶体的屈服强度，较高级别的 钢利用塑性变形和马氏体转变等使位错急剧增加；以及利用合金碳化物、氮化物、硫化 物、异类金属粒子( 如c u ) 、亚稳中间相( 如分布于铁素体中的贝氏体、马氏体) 等第 二相质点进行沉淀强化。 1 2 2 微合金元素的作用 e l 前微合金化最常采用的元素是v 、n b 、t i 和a l l 在低碳钢贝氏体钢中还使用了 微合盒元素b 。下面主要介绍v 、n b 、t i 在微合金钢中存在的形式及其作用。 1 2 ，2 1v 、n b 、t i 的化台物 1 v 、n b 、t i 化合物的晶体结构 v 、n b 、t i 均属于过渡族金属。过渡族金属原子与c 原子交互作用时，c 原子将其 价电子输送到金属原子未填满电子的次d 亚电子层的轨道，与金属原子中的价电子结合 成金属键，与此同时，部分c 原子可与金属原子产生共价键。因而，所形成的碳化物同 时具有金属键和共价键的性质。d 亚电子层的电子越欠缺，碳化物键的结合力越强，所 构成的碳化物越稳定。v 、n b 、t i 元素与c 相结合的化学亲和力都比较强，均属于强碳 化物形成元素。 由于v 、n b 、t i 碳化物中，c 原子的半径与金属原子的半径之比小于o 5 9 ，因此， 其碳化物均属于简单点阵碳化物( 即闯隙相) 。一般为面心立方结构，但也存在密集六 一2 东北大学硕士学位论文第一章前言 冷工艺。 1 2 1 微合金化的设计原则 低合金高强度钢的强化机制包括固溶强化、沉淀强化、位错及亚结构强化等的贡献， 根据修f 的h a l l p e r c h 公式表示如下： a s ( m p a ) = d o 怕s s + o 口+ o d + k d 1 2 ( 1 - 1 ) o 一铁素体品格摩擦力 o 。一固溶强化增量 。旷_ 一沉淀强化增量 。口位错以及亚结构强化增量 k 一常数 d 一晶粒直径 在所有可以对钢的强化作出贡献的机制中，细化晶粒强化是最有效也足最合理的， 因为它在提高钢的强度的同时，可以改善钢的塑性、韧性以及得到更低的韧脆转变温度 ( f a t t ) 。在对细化晶粒强化进行深入的研究和充分的认识之前，人们对钢的强化手段 多依赖于固溶强化、沉淀强化以及位错强化等机制。这包括借助于对低强度级别的钢采 取增加c 和m n 的含量以提高珠光体的体积分量和增加固溶体的屈服强度。较高级别的 钢利用塑性变形和马氏体转变等使位错急剧增加；以及利用台会碳化物、氮化物、硫化 物、异类金属粒子( 如c u ) 、亚稳中间相( 如分向于铁索体中的她氏体、马氏体) 等第 二相质点进行沉淀强化。 12 2 微合金元素的作用 目前微合金化最常采用的元素是v 、n b 、t i 和a l ，在低碳钢贝氏体钢中还使用了 微台余元素b 。下面主要介绍v 、n b 、t i 在微合金钢中存在的形式及其作用。 1 2 2 1v 、n b 、t i 的化合物 1 v 、n b 、t i 化合物的晶体结构 v 、n b 、t i 均属于过渡族金属。过渡族金属原子与c 原子交互作用时，c 原子将其 价电子输送到金属原予未填满电子的次d 亚电子层的轨道，与金属原子中的价电子结合 成余属键，与此同时，部分c 原子可与金属原子产生共价键。因而，所形成的碳化物同 时具有金属键和共价键的性质。d 亚电子层的电子越欠缺，碳化物键的结合力越强，所 构成的碳化物越稳定。v 、n b 、t i 元素与c 相结合的化学亲和力都比较强，均属于强碱 化物形成元素。 出于v 、n b 、t i 碳化物中，c 原子的半径与金属原子的半径之比小于o 5 9 ，因此， 其碳化物均属于简单点阵碳化物( 即间隙相) 。一般为面心立方结构，但也存在密集六 其碳化物均属于简单点阵