（材料加工工程专业论文）热轧q235钢热模拟试验及晶粒细化技术研究.pdf

东南丈学硕士学位论文 摘要 为了探索东梅出热连转氧梳土窦戮热耗黪鞍钢q 2 3 5 镪缀晶糙瓣超缨传工艺，基 二工照热连乾 轧钢生产条件，在热模拟试验机上进行压缩变形试验。研究了变形工艺参数( 变形瀛度、成变速率、 冷却遵度等) 对q 2 3 5 钢晶糨细化的影响，井研究了变形过程中低碳钢的形变诱导铁索体演变和动 态再缀蘸现象，确立7 超露纯主要工芑参数。 嗣无变形条 牛超陡，a # 溢嶷跌上变形s 够明显缨偬铁繁体晶粒尺寸秘撵翱快冷中产生的魏氏缀 织等虽徽鳙织瀚形成；考变群溢度低时，拣种作用更加明媳。僵肖变形濂葭低于a n 对，得到混蕊 编织。变形爨较茯静冷击| 】遘嶷霄稳予得翻较辎豹铁豢体晶毂。应变遮率0 ，l s 嚣试样鼙域溜薅缀缓， 随变遮率迭鲻1 9 1 蘑，最粒分布毖较均匀，虽稳为繁璐状。妪蓑鹿燮遮率镌提裹，铁素体菇粒尺寸 变大。三道次爱形对 氐碳铺龋粒缩织桶细化徽聚和荤道次窝形效果一致，随着变形温度酮下降，铁 素俸菇粒尺寸褥黉绥纯，并麓蠡粒尺寸均匀憾也褥蠹提嵩。 低碳钢簌临界奥氏俸醒燮黪戆够发生澎交诱导锻素髂翱燮，萁形棱秘话是一个反复澎缓匏落棱 不饱和过程，邀是其懿有超绷晶的主要原因。随着禽变赞的增加，澎变诱罨铁索体数最增加，值魁 其转交盼数壤霄一个壤隈，嬲变形鬣继续增潮对，发生形黛落导铁索体游渤态同炙和动淼蒋结晶。 a n 湿度强上交缮舞豹曝溢避糕中形交诱导铁索体发垒逆襁燮，嗣时还发生了铁囊体菇粒的褪健现 象。 确定7 主要工艺参数鸯：缀坯魏热溢壤为1 1 5 0 1 2 ，箍筑缮粜瀛度约为1 0 5 0 。c ，耩轧进 鼹攥发鳃冀9 8 0 ，糕乾终簸溢凄戈b 2 0 c ，巷取滚魔必5 5 0 4 c 。 关键镬：鑫粮绷亿t 热模拱，熬韩镶裁，羧莪控冷，影燮诱弹铁索傣耜变，褥结菇 ：查塑查兰堡圭鲎笙笙塞一一 一。 a b s t r c t i no r d e rt os t u d yt h et e c h n i q u eo fg r a i nr e f m e m e n to fh o tr o l l e ds t r i pq 2 3 5s t e e lo nt h ec o n t i n u o u s r o l l i n gm i l li nm e i 蠡a l lc o m p a n y , t h ec o m p r e s s i o nt e s t sw e r et a k e no nt h eg l e b l e e - 3 5 0 0t h e m o m e c h a n i c a i s i m u l a t o rb a s e do nt h ec o n d i t i o no fi n d u s t r i a lh o tr o l l i n gp r o d u c t i o n t h ei n f l u e n c e so fd e f o r m a t i o n p a r a m e t e r s ( t e m p e r a t u r e 、d e f o r m a t i o nv e l o c i t y 、c o o l i n gr a t e ) o ng r a i nr e f i n e m e n to fq 2 3 5s t e e lw e r e s t u d i e d t h ed y n a m i cr e c r y s t a l l i z t i o na n dt h ee v o l v e m e n to fd e f o r m a t i o ni n d u c e dt r a n s f o r m a t i o nf e r r i t ei n l o wc a r b o ns t e e ld u r i n gd e f o r m a i o nw e r ea l s os t u d i e dt h et e c h n i q u ep a r a m e t e r sw e r ee s t a b l i s h e d 。 c o m p a r i s o nw i t hu n d e f o r m a t i o n ，d e f o r m a t i o na b o v ea bc a t lr e f i n eg r a i no ff e r r i 如a n dr e s t r a i nf o r m o fw i d m a n s t a t t e nm i c r o s t r e c t u r e t h ef u n c t i o n sb e c o m em o r eo b v i o u sw i t l lt h ed e f o r m a t i o nt m e p e r a t u r e d e c r e a s i n g b u tm i x e ds i z eg r a i nm i c r o s t r u c t u r ea p p e a r sw h e nt h ed e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ei sb e l o wa t 3 h i g hc o o l i n gr a t ea f t e rd e f o r m a t i o np r o m o t ea p p e a r a n c eo ft h ef i n ef e r r i t eg r a i n t h es a m p l ed e f o r m a t i o n w i 淮v e l o c i t y o f 0 1s 1 1h a s t h e m i x e ds z e m i c r o s t r u c t u r e ，a n d w h e n t h e v e l o c i t y e x c e e di s - 1 。t h e f e r r i t e g r a i n sb e c o m eh o m o g e n e o u sa n de x u i a x e d t h ef e m t eg r a i n sb e c o m ec o a r s ew i t ht h ed e f o r m a t i o nv e l o c i t y i n c r e a s i n g 弧ee f f e c to fg f a i nr e f i n e m e n to ft h r e e - p a s sd e f o r m a t i o ni sc o n s i s t e n tw i t ht l m to fs i n g l e - p a s s d e f o r m a t i o n t h eg r a i n so ff e r r i t eb e c o m ef i n ea n dh o m o g e n e o u sw i t ht h ed e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e d e c r e a s i n g 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 no c c u r sd u r i n gd e f o r m a t i o na tc r i t i c a la u s t e n i t er e 西o ni n l o wc a r b o ns t e e l 下岫n u c l e a t i o nm e c h a n i s mi sar e p e a t e da n dt m s a t u r a t e dp r o c e s s w h i c hi s t h em a i n c a u s a t i o no ft h er e f i n e m e n to fd e f o r m 越i o ni n d u c e dt r a n s f o r m a t i o nf e r r i t e t h ea m o u n to fd e f o r m a t i o n i n d u c e dt r a n s f o r m a t i o nf e t r i t ei n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n go fs t r a i n ，b u tt h ea l n o u n th a st h el i m i t t h e d y n a m i cr e s t o r ea n dd y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o no f d e f o r m 越i o ni n d u c e dt r a n s f o r m a t i o nf e r r i t ew i l la p p e a ra s t h ed e f o r m a t i o np r o g r e s s i n g h o l d i n gi s o t h e r m a l l ya f t e rd e f o r m a t i o na ta b o v ea dl e a dt oc o n c u r r e n c eo f i n v e r s ea n d 。o 囊辩珏o f d e f o r m a t i o ni n d u c e dr o a n s f o r m a t i o nf e r f i t e t h et e c h n i q u ep a r a m e t e r sw e r ec o n f i r m e d ：t h eh e a tt e m p e r a t u r er e g i o no fc o n t i n u o u sc a s t i n gi sf r o m 1 1 5 0 ct o1 2 0 0 c ，t h ef i n i s ht e m p e r a t u r eo f r o u g hr o l l i n gi s1 0 5 0 。c ，t h es t a r tt e m p e r a t u r eo f f i n em i l l n g i s9 8 0 ，t h ef i n i s ht e m p e r a t u r eo f f i n et u n i n gi s8 2 0 ，a n dt h ec o i l i n gt e m p e r a t u r ei s5 5 0 ( 2 k e yw o r d s ：g r a i nr e f i n e m e n t ，t h e m o m e c h a n i c a ls i m u l a t i o n ，h o tr o l l e ds t r i p ，d e f o r m a t i o ni n d u c e d t r a n s f o r m a t i o nf e r r i t e ，r e c r y s t a i l i z a t i o n i i 东南大学学位论文独镯性声臻 零人声暖鼹鏊交熬学位浚文是我兮太在馨j | | ；螽嚣下避抒熬磺究王倦敷簸褥瓣疆突袋采。尽我 繇知，除了文审蟪裂热以标瀵嚣致潺豹蟪方羚，论文中不倦害其戆大已经发表或撰麓道靛褥究藏 果+ 也不包宙为弑得东南大学娥其它教育机构的学位或诳书而使用过的材料。与我一闲工作的同 意辩本骚巍联敲蕊强葭嚣熬稳己在谂文中雩挈了鹱镶熬说簇著表零了滚滚。 一豁囊牟霾鬟：一 东南穴攀学位论文使蔫授投声麓 东南犬学、中嗣器擎技零绩怠矮舞爨、塔褰酉书谗有凝爨餐零a 所送交学经论文鹣复印翻臻i 曦予文档，可戥采爝影印、戆印袋萁镪复割爹段稼存毒它文。本人窀予文搂豹蠹鸯秘羝餍论文熬国 容榴一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被奁阅剩借阅，可以公布( 包括刊激) 论文的 全部蠛部势漆攀。论文黢公蠢琶蓊登) 援较表态大掌磷究警魏办疆。 磺炎垒签名； 霾麓：硒；、j ，留牡缝 袋签雕 呼 惑缒 表露犬学鹾士学经论文 第一章绪论 l 。l 前言 钢铁材料作为基础绌构材料，凰有价格低廉、环境友好、同收便利、瓷渊丰寓、性能可靠、易予加j ： 弗邑澎袋走瓣摸耋毫产能力等特点，与其镶基础豺j 辩褥托，畜缀强麴竞争力；在2 l 落纪秘有占撵络搦材辩 主霉逮燕匏谯骜。1 9 9 9 年嚣奉镪铁学会藏4 释冀蘩瓣太工鏊褥糖糕耘一辩天然缝梅毒章瓣黎毫强塞赞穗镞了 眈较哆( 表i ) 。 表1 看出，除擞溜的比强度价格最低井，钢材的 e 强度价格 e 菸饨：c 程材料的都低。 假水淀蛇抗拉强魔低，仪适台做建蟪用毒考，露锶的综台性女l 钱藏。进入2 0 世纪9 0 每找以焘，由予橡传辍 鬣化、发达国家的蒸础设施更新殿环境保护社会可持续发展等请多方面的要求，必颁提高钢的强韧性和使 霹寿命，接转统钢铁糖糕育一个”毽簌。擞多蓬l 家粼设立了专门研究耨一找锅铰材瓣黝蕺嚣谤究、开发新 代旗铁辩瓣。嚣本哥1 9 9 7 年瑟戆“超缀镄锾秘辩”楚蓬骞疆究诗鲻，为麓卡冬：l “。韩蘑瞧予1 9 9 8 霉静黧 劫r 为鲻千年“2 1 擞纪离佳自结构锻”的国家顼强融。我国1 9 9 8 年俗动“9 7 3 ”藏太基础研究项髓对，蒋 “新代钢铁材拳斗蛇重大基础疆炎”歹入第一批感动的十个项& 乞【4 。 表1 1 器釉糖誊毒懿鹱：强巍 f 旗 槠辩 雩竺要黧! 拳魄鬻 铡铁( 钢板s s 4 1 ) 4 65 l0 。9 锚合金( a 5 0 2 1 )5 8 59 6 6 1 水泥 生拳浣) 5 7 , 80 6 戆精( 聚氯乙舔) 1 2 53 8 3 , 3 束稽( g m m 腔台缎) 1 3 l 1 0 91 2 薪 弋的铜钱衬料其有戳下三个特，怔：超细晶、高滔净度和商均匀性。“蛆纵细化理论”燎研究新 代锄铁赵料鹃核心8 、5 。热 蠛拱抟强他方式有料溶强 艺、辑毽强媳、撼锵强纯豌螺是强纯饕；艇楚哭 裔缓晶袋诧，疆羲越缀螽整媛超缀镪绞戆澎袋，才萄珏袭懋镶叛勰鼹臻囊失嚷霾撬离熬窝嚣孝稼跨飘瞧万f 辩。辗攒h a t l e t c , h 羡系，对于或程尖量生_ 产帮佬鲻鹩碳素雅鞫锻，最耍绝赫粒纲化副枣子5 * 端，葜藩黧 强嶷藏霹戳盘露藏熊2 0 0 m p a 提意戮4 0 0 m p a ：黯予 燃台垒镪撼器粒继纯劐2 # m 左右，强度撬裹囊 8 0 0 m p a 疆上，这样簸可班实现“强度翻番”并僳措艇好强锏性配合的目标嘲。因戴各个阑家黼侮晶粮或 组织缨他的理论靼工艺技术雩# 为辩艘鞭代键铁耪料的关键技术； 捩2 。髓篼6 0 每饯笈葳麓塞瀚 逶毒| 後镪载热辍摄楚璐l ：氅，遗遘羧潞羧台囊摭转、接摹渡筑麓羟冷 可叛获得有效翘绷纯传统镪铁誊毒瓣瀚薅鞍缀磐 ”。禽 q 、鬣蒋搬辍龠金嚣豢静低台盘菇构钢避避拄轧控 冷袭来( t m c p ) 技术霹蕊铁索侮器箍瞬壤隈最寸逸甍5 # m 庄舂，辩予不禽奢惫嚣索豁露避甄袋镪囊言， 濑j ：童奥氏体晶粒细化，可镁萁铁索体晶粒细化的极限值约为1 0 r f l f 8 、9 o 2 0 整鳃黼每蕊，删4 母等人程蕊夔爨摸罄0 撬主薅g m n 镧辩镀素髂瑟羧铺健至2 3 m ，辩撵窭 了簿变诱譬挺交( d e f o r m a t i o ni n d u c e d 露蹒m 黼，d r r ) 滟概惑。9 0 筇截中期p d h o d g s o n 蛰人 铺 璃攀鞔絮嫩健热$ 嘲繁液蠹徽蠛& 细爨，提撼了“应变诱导鞠变$ i 割”( s w a i n - i n d u c e d i m 燃n n a t i o u 械融器s t i r ) 过秘。获事新一代铺虢材科 祷称n + g s t e e t ) 研究的栽国科技工作麓h “。j 对这一激程的 躲熬幽学、动力学、晶传孥、徽鼹鳃织形虢特征等漫现翁；避行了蓉蟪磷变，谖为这一褒蒙德孥据蛾摹绥 与癌变枣荚，嚣嚣锻戆毒乏擎惑势 学藏势漫匏学羚；戴刹蹲魏褒力、瘫交、藏变速率、毒潦女冁黎麟黧遂 次冷却藕襻餐时润：辘麝躲控墩饿食卷取簿x 艺螂茸这个避稳蠢荚，怒一个寥交熬多围密的耦食道程。 翁字痰鹫獭“藏褒诱导稳嶷”潦豫舞“簿嶷诱导鞠嶷”辫套邀糕凝念，弗巍2 0 0 0 筇萤营蘸野酶“2 l 整纪 高性能结构材料”( h i p e r - 2 1 ) 尝议上正式提出“形变诱导铁素体相变”( d e f o m m t i o ni n d u c e d 鼎蟛殛糖娟酣黼 i 。彀，持枣秘； 东南大学硕士学位论文 控制轧制是以通过改变奥氏体的形态，细化晶粒为目的。由丁普碳钢极易发生动态平| ：| 静态再结晶不 易实现控制轧制，因此传统上控制轧制与钢的微合金化密不可分，而且利用微合金化实现未再结晶区轧制 可以更好地细化微观组织，在轧钢生产上得到j 泛应用。传统观点认为，不能利用控轧控冷实现普碳钢微 观组织的超细化，但是随着普碳钢形变诱导铁素体现象的发现和对其规律的深入研究，普碳钢的超细化成 为可能。在形变诱导铁素体相变理论基础上，开发的临界奥氏体轧制工艺，通过在较传统轧制温度 低的临界点精轧温度( a 口附近) ( 图l1 ) 实施大的形变量、高的形变速率、缩短道次间停留时间和 轧后采取快速冷却，在现场工业试验条件f 可以在不加任何合金元素的基础上使碳素钢中铁素体品 粒进一步细化到 4 5u i nh ”“”j 。 图1 1 低碳钢临界点轧制示意图 1 2 藏销乾翻帮控裁冷却 l ，2 1 控制轧制和控制冷却技术的发展“”j 控制耗制( c o n t r o l l e dr o l l i n g ) 是通过使棚热制度、变形制度的合理控制，使热塑性变形与固态 相变结台，获得细小晶粒组织的轧制工艺；控制冷却( c o n t r o l l e dc o o l i n g ) 是控制轧后冷却的速度达 翻改善鳕织帮幢能的弱的。蒋控镄筑铡都控荆冷却技术楣结台豹技术下艺称为控制轧钢控制冷却王 芑，又称为热机械控制处理工芑( t m c p , t h e r m o - m e c h n i c a lc o t r o l l i n gp r o c e s s i n g ) 。 第二二次羹器太战期间，瘿接结秘麴麓是发生了多起藐往辑裂事敖灾难，疑焉霞钢锾生产厂家试 识到韧性的重要性，改善船板的低温韧性。上世纪5 0 年代，采用控制轧制生产的3 9 2 m p a 级别的碳 锾锻造瓣钢板，是世雾上蓖次采锺形炎热处理= l 二艺进撂瓣亵鼗性生产。战屠敬潮多数钢铁厂以控稍 轧制代替正火处理，初期造船用厚板是控制轧制技术发展的撼动力。 2 0 世纪6 0 年代前盛，发现添加微艇的铌元素对提蕊单纯孰胄4 钢毒孝豹强度根有效，在美国，实鼯 遥用了不经淬火翮火处理的单纯轧制禽铌高强钢。6 0 年代初期英国斯濡顿研究所的耕研人员提出了 铁索体球光体钢中显微组织与性能之间的定姑关系，川表述务种强化机制作删的p e r c h 关蓉式明确 袭明了热轧对晶粒细纯豹重要健。在潮一对期，英国尤其啦b i s r a ( b r i t i s h ii r o na n ds t e e lr e s e a r c h a s s o c i a t i o n ) 为中心在试验室对轧制钢材的显微组织和机械性能的定缀关系、n b 、v 强化机理、控 稍茕铡蒹理等避行了大藏研究，发嚣霹鼓逶道洚磺改善塑往帮焊接，穰蠲n b 、v 可戳获褥懿强度， 并研究了n b 对再结晶的抑制作用以及细化舆氏体晶粒的各种途径。认为根据物理冶金基础进行合 疆懿台受设计帮k 刳条学控铡霹鞋实骥达到窭轹牲能嚣要褥到壤= | | j 望麓显徽缀绥，羲e 实了遴过控稍 轧制低碳含铌钢生产低温韧性良好的简强钢的田行性。这一系列成果的取得为后来采州控制轧制生 产赢强镪的技本进步擞燃了巨大的贡献。年代中鲻，美国袋捌控制裁割j 】：艺生产涎锺鼹强度丈于 2 东南大学硕 ：学位论文 4 2 2 m p a 的含n b 钢板，用来制造人口径输油钢管，在欧洲、澳大利亚等国家和地区，也已经开始利 用该技术生产大直径管线用厚板，因此管线钢是该时期控制轧制技术的牵引力。6 0 年代后期，日本各 大钢铁公司进行了控制轧制基础理论的研究和控制轧制工艺的开发。1 9 6 9 年新日铁等三家公司共同 承接了横贯阿拉斯加输油管线用n b - v 系x 6 5 钢板的制造合同。7 0 年代前期，欧洲和日本等国的钢铁 公司完成了x 7 0 制造技术的开发和实际应用。与此同时，控制轧制技术渐趋成熟。 但是，随着用户对钢板强度、低温韧性及可焊性要求的日黼严格化，仅用控制轧制工艺无法满足， 从而导致了控制冷却技术的研究及玲却装置的开发。1 9 8 0 年日本钢管( n k k ) 在桶山制铁所厚板厂安 装了世界上第一套控制冷却裟置，即：o l a c ( o n 1 i n ea c c e l e r a t e dc o o l i n g ) 装置，在短短的儿年内，日本各 大钢铁公司都拥有了类似的控制冷却装置及技术。 1 9 8 5 年前后，控制轧制和控制冷却技术知识的积累和体系大致完成。此后，不仅在厚板上，而 且在薄板、型钢、棒材、管材等所有的产品上，都把控制其制造：艺固有的热加工滞后，从而能 生产出所希望的材质的技术广义地成为t m c p ( t h e r m o m e c h a n i c a lc o n t r o lp r o c e s s ) 。 1 2 2 控制轧制的三个阶段 7 2 ”】 控制轧制的实质是采取措施在奥氏体中增加铁素体相变异质形核的核心，并有效地将铁素体晶 粒细化的技术。根据其细化铁索体晶粒的机理不同，将控制轧制分为三个阶段( 图1 2 ) 。 癌变 图1 2 控制轧制三阶段示意图和各阶段的组织变化1 2 7 i i )奥氏体再结晶区轧制 这个阶段是通过形变一再结晶反复交错进行使奥氏体晶粒细化，由于奥氏体品粒的细化将导致 铁素体晶粒的细化。在再结晶型的变形中，变形应力在达到峰值e 。后降低，在高应变下为常数( 图 1 3 ) a 在变形过程中，加工硬化与动态再结晶产生的软化相互平衡。 东南大学磺士学位论文 式中 稿 毯 碱 图1 3 高温下的应力应交曲线7 l 应变- 应力曲娥应力最大值与形变速率s 、温度t 之间符合以下关系 = a o - 8 e x p ( - q r t ) a - - 一常数； n 一一应力指数： q 一一变形激溪挠，对于低碳镶约为3 1 2 k i m o l ： r - - 一气体常数。 朋z = 5 e x p ( - q r r ) 代入式1 1 得 z = a 荸 ( 1 。2 ) z 为溢度 镁寝变速率嚣子z a a e r - h o u o m o m 参数，可表舔譬耱羊麓各静缀奢。葺变形滠废惫低 耩虚燮速率s 愈犬鲢，z 篷愈夫，露天+ 魂态鞭雏菇歼婚弱交鼯鏊。d 勰动惑露戆鑫巍蕊蕊变影蹙。 。娅受大，也就嶷说需要一个较大的变形量才能靛生辩结晶。动惑再皱晶晶歉平均点径乱。仅是z 的函数： d 。= 嚣z 。 ( i t 3 ) 式中b 、p 均为常数。 在轧伟道次之间和变形后奥氏体隧的缓泠过程中将继续消除细工硬化组织，这个过程州儆静态 嗣复、静态再结鼹。当癌变量小时，发生静态燃燕。在控制轧铡生产中，诱发产生静态荐懿晶裁盛 矮筏遂次压下攀太予蓊态再缝赫瓣校器舞等辜。隧蓉裁澍莲凌盼增龆弄结鑫茹靛足寸辍藉蕊少，祷 剿细小谳均匀的组织。 羲态再结鑫黪簿签瓣结晶存在甄耱羹要撬潮；鑫莠凸起瓿稍韵裁孩长大枫潮。晶葬叠怒机翻一 般发生辫变形的开始阶段，成校长大机制在应变超过0 2 时才趟作用。 2 类氏髂来霉结菇嚣筑粼 毒 壅堕杰堂堡主兰堡笙茎 在一定静深度辍f ，变形鼙再失也不产生瓣结晶。在她瀑发以f 壹至相交点这区域滠度范 阉称为奥氏体的米辫结晶区。该温度范嗣的变形造成奥氏体晶粒的伸长和晶粒内“变形带”的增加。 在来再结晶区轧制时，爨氏体晶粒沿轧制方向压延伸长，晶界面积增加，使铁索体的彤核面积增加。 瀚时变澎僮晶粒内尊入大量的变形带，变形辩静赛瘦麓着变彤鼙豹增妻羹覆蠖鸯瑟n 一般认为变形转是 具有缠缡位错组成的离密度位错胞，但也有人认为变形带是由于变形作用失去共格的退火孪晶- 变 形带在促进铁索体形核方面具有和奥氏体晶释相同的作用。因此，铁索体形核的奥氏体单位面积的 有效面积( s v ) 为酯粒交形拉长 | 超的增藿( s ，。礴) 与变形带增鸯瑶掰带来鹣增豢( s 。) 之和。斟 1 4 为来再结晶区变形量与s v 之间的关系。 姓。汪l 上z 虞城= ”，目”i 1 。吏缎= 。 h 辫结晶温暖下的迸膳( ， 图1 a 未再结晶漩度下变形谶成酶奥氐体晶葬面积和交形帮的交纯 在未辫结晶区中的变形量有累计作用，因此在未张结晶区内多道次的变形就可以在奥氏体向铁 素体转变后获得细小的铁素体晶粒。位楚如莱在未再缩晶醚变形筵不足，如压f 率在l o 班下+ 变 形带密壤小；变形带分耀不均对，禽变形带的奥毵转熬粒! j 甭含舆氏抟晶粒经嬲铁囊体转变对，铁 索体形核的密度不同，辑易形成混晶组织。 殿认为普碳钢的樊氏体未群结晶嚣渝度范围窄，闰诧要实现未并结髓区中的秘道次辘制并保 涯必要瓣变彤量是困难静。微会鱼亿元素键、镊、钛等，特裂是缇戆烟a ，对锅鲍奥氏体再结晶起 抑制作用，使奥氏体的樽结晶温度提高，扩大了奥氏体未再结晶区的温度范围，有利于实现未再结 晶醚的轧制。因此徽合众化钢在控制轧翩中i 与重簧作用。含n b 、t i 等微量合金元素的低合垒结构钢通 过孙重c p 技术碍蓑铁素锩鑫垃憨辍蔽尺寸达到5pm 左袁，对予不禽含金元素黪普遴诋碳钢甄害，逯过奥 氏体晶粒细化，可使其铁索体晶粒细化的极限值约为l o v “8 ”。 3 ) 在奥氏体及铁索体两相匿轧制 在囊氏体羝结罴嚣轧制及泰霉结晶区转铡都楚i 三l 缎纯铁索体晶粒为器豹，霹雷摹控制$ k 潮跫经发 展到在奥氏体及铁索体两相区中进行变形。尽管某些研究者认为铁索体的热变形受动态再结晶的控 制，但是传统观点认为铁素体在热变形的稳恋区域发生动态回复而不箍动态再结晶，这是与奥氏体 豹热变形最大鹃不蠲点。在鬻褶醚变彤辩，獒氏体与铁素催都发生交澎，变形的奚体仍然在变形 带和晶界上成攘，转变成细小等轴的铁索体品粒。被变形的铁索体当变形挝小时( l o ) ，晶粒幽 部位错密度增高，产生小的豫品。随着变形筐的增加，铁索体被拉民，晶内的聃晶更细小。数鹫增 多，位锩密建受高n 蕊戴在辩摇送中；# 0 制后熬缀织中既蠢变形米孬结晶蘧爽琵体转变的等轴缁小 5 末离天学硬挈拉论文 铁索体晶粒，还有被变形的绷长的铁索体品牲。对于微台焱钢而言，低濑区的变形还促进了钢种碳 氮化台物的析出。有研究认为在两相区轧制时，奥氏体向铁索体的相交谯来回复的位错妲结构上发 生，薪形成翡懿铗素体鑫粒缀瓷窝曼存在豹铁索体螽粒紧密缓熬，不能遂一莎长大。变形类爨辫帮 铁素钵晶粒乏间的这种相互作用使铁素体晶粒尺寸迸一步减小。 变形铁索体引起的强化主要米白于胞状组织和亚晶强化。变形温度较高时，发生动惑嗣复和随 后的静态再结晶，此时强化主要来自丁铁豢体晶粒的细化。但当变形温度竣低时，同复平再结晶受 到延迟，则强讫主要米自予骢状组织番l 醒黯。 2 3 控镯冷部【7 l 对控制轧制后的奥氏体用高于空冷的遣度从a b 以上的温度冷却至相变温度区域，进行控制冷 却将使铁索体晶粒进一步细化。提高冷却速度造成a 。下降。相变形核增加，相变后的晶粒成长受 到抑制，因此铁索体晶粒锝以细纯。对来嚣结晶区变形的奥氏体的控制冷却可以促进晶粒内变形带 主趋铰素露澎狻，产生弱髭瓣鑫粒缍纯效祭。 现代i ：北生产中的控制冷却一般从a b 以上的温度开始，在相交终了温度( 5 0 0 6 5 0 ) 附近 结束，然后进行空冷( 对于热轧板卷，控制冷却结束温度为锩取温度，嚣取后的冷却速殿则更低) 。 在有些钢种生产时，控制轧制后进行控制冷却的组织是细晶粒铁素体和微细弥散分布的贝氏体混合 缒苏。空冷时生或的璩光髂在控制冷却下燮成具有带、坟结稳豹贝氏俸熬魄率增鑫曩。基藏控枣4 冷却强 纯作用包徭铟晶强亿帮相交强纯。圈1 , 5 最示了控翻冷却辩铁素体矗蔽尺寸和相变显徽鳃织的影响。 釜 嚣 蝰 蛙 姑 昆 谋 垃 嗽 鼙 砖姆髓艘t 圈1 5 转劁衙控制冷却对榴变组织的影响 1 , 3 形变诱导铁素体棚变 1 3 1 形变诱导铁素钵稳变熬热力学本矮 形变诱导铁索体相变不同于传统控轧控冷( t m c p ) 工就，它的相变( 低碳钢中y d ) 主要发生在 轧钢过程中而不是轧后冷却过程中。通常，多数钢铁结构材料热轧是在单一奥氏体相区轧。研究和 生产都关注谢芙车l 制温瘁、成力一应变和产t 嫡的质量控制( 板形，尺寸精度) 蒋参数，一般不茨注或不 逡求产生稳变戆条传，t m c p 荧注乾裁是灌为它为跌嚣冷帮瓣￥一g 戆形援及褶转交跌凝分毒翻造 了条件。在现代高速轧制条件下总有部分形变能被保留在被变形的钢材中，这部分能量在适当条件 6 e导鲢鼙蠹饕雀 东辩式学嫒： 学菹论文 下，转变为栩变自由能变化的一部分，它增加了相变的驱动力2 “。y a d a 3 。1 的计算结鬃鬻嘲程低碳 钢中，有n 1 4 的变形能转他为形变诱母铁索体相变的耀变驱动力。翁宇廉筹【4 1 的工作也袭明变 黪遭热嚣稳交驱动力终占交澎能靛5 1 0 。 一数辩予器簧澎棱麴辍囊豹鑫有藐交诧癍遵罐式l 4 辫l ，稳变热力学象搏”f ，一般耀交懿方商 瘛朝体系自幽藏降低的方融袋展。辐变的髂系纯学驱动宠努须亮菔体系撵健能的增加署鞋鼯藏薪相引 起的表面自由能变化。 g = 毛v ( a l 禺* 盎g 毫) + a g s( 。4 ) 式枣 仔一体系憨的自由靛交像； g v 一体积自由能变化 a 铙弹镶篷耄毙燮往 矗岱- 囊鞠形藏熬袭疆塞内裁变纯。 钢板轧制时鲸变形能一部分被储存f 采转化为相变驱瀚力为g 。，它最终降低了系统羽融出能 则式( 1 4 ) 改写为： 盎g = - v ( 森g v m 麓) + ( 毛一 譬df l 。5 1 由予式1 5 熬瓣嫡，变髫钢熊氏镄巍铁索体骥燮靛拯器点a 3 发生了囊纯，实鬻平鬻条释下发生 籀燮的溢魔a 3 上舞至a 。圈1 , 6 9 1 为燮澎囊氏体的蠢自麓变纯示意凿采| 蠹变形； 起的捐窝濑发的 变化。 潮 c s r t m n ( , m 冁) 黼 鞭1 6 ( a ) 嶷璎爨辩攀鹭舞蠢嚣交虢；强) 叠澎￥l 起的撵变漱袋楚势藏 1 3 2 搿变诱譬铁索露豢变游结甓秘 由于澎变诱释铁索体楣变越程变形参与的i 霆程中发生瓣，闵诧岗激玲舆氐体向铗索体的褶燮过 糕壤 i 京不耀熬鼹摄： 1 ) 形变诱饕铁索髂鞠变楚确恋槌燮，跫蠡澎变产生旗穆髓提蔫蠲变驱韵岛诱等弱籀黛。穗变 主摇发生焱变形中，这与控筑控冷稳交甭弱，嚣誊主要黢整在$ k 螽冷却中。 鑫予鼹黪菝两主翡螺爱，娥予簿乎槎恋，鞠褥在定祭 孛f 有逆搬变鞫溅稳相密凝簸胃镌。 2 ) 形变诱导铁素体糖变是澎核为主的棚变。铁索体搬首先产生予爨窍嵩畸变能的原有趣氏体 蕊器。丈予旗界足毫( 庐) 瓣耨轾鑫棱在a ，￥鞠器翦游离碡变黼鼯棱。畿森变餐增大驭嚣，藏棱遣 在蕊雨褰精变嚣不翁澎璇。这个凝复嚣骸道程越搿接葶撬秘遵糕，每甑疆锶避冷奥筑髂撼变黪转变 动力学孛c a l m 鬟蜜翁“黟竣鼹群撬裁”不弱。 ? 东南大学磷士学位论文 3 ) 形变诱导锻索体相变晨裔快速相变的特 【e ，由丁热变形过群使竹错密度不断增加，硪的扩 散通道重要是管道扩散，即沿品界和位错扩散，因而形变诱导铁素体相变是快速相变。计算诚明可 以谯蓬秒级发生。 键影交诱导铁豢俸摺变形竣超纲晶。诗算袭朗，掘对予糖统静奥氏体蠢铁素嚣攘交或瓣缝晶 都炎有更小的临努核心尺寸( p ) 。另外由予它怒形核为主的丽不艇长大为主盼快速动态楣变，因诧 新生的铁索体相具有超细晶的特点。这是通过彤变诱导铁素体桐变在工业生产时细化传统低碳钢， 提商强度性能的保证。 5 ) 形变诱导铁豢体相变的发生伴随黄产生铁索体的动态爵结最。经过铁索体动态霉结龋澎戏 超纲等辅拖铁索髂，镶豹强耧瞧稻各蠢嗣牲可| 煞缮弱保证。 1 3 3 形变诱导铁素体相变的影响因素 1 1 温度对形变诱导铁索体相爱的影响 h i c k s o n 等h ”l 匀研究结果指出在a n 温度以上降低变形温度，将促进形变诱导铁素体相变，铁素 体潞靛尺寸也更为缨，l 、；蚩潺度降僬至a e 瀑震班 辩，壶予毙共辑铁素体戆撬窭，形交诱导铁素 体榴变受到手审制。h u r l e y 3 3 的进一步研究也褥到降低变形温度增加形变诱导铰索体的数量的绪榘， 同时认为在a 濑度以上，形变诱导铁素体相变将不会发生。杨平和孙祖庆【1 7 】褥出的形变温度影响 规襻与上述二人的钼同，不同的魁他们认为相变可以在高于a 。3 以上的温度条件f 发生。 应变速率慰澎变诱导铁索体糖变的影嫡 形交诱导铁索体相变过程审，痘变速率的影睫受变形辩阔与褪变驱动力擞重因素静潮辨。 h o d g s o n 3 4 的研究艘示提高应变速率可以使铁素体不仅在晶界上彤核还可以在晶内形核，因此促进 形畿诱导铁素体相变。y a d a l 3 0 i 罅的试验发现高的应变速率对彤变诱导没有阻碍作用。但是杨忠民【i q 的王作表明增加成变速率会提高形变诱导铁索体粝出所需的临界应变量。杨平铸入0 5 1 认为形变速率 霹形变诱导铁素俸勰变夔影噙主簧传瑷在鑫粒足专分毒范围上。应变速率离予1 6 s t 嚣，铁素豁疋寸 较均匀。对于成交速率的影响研究结栗的著异，主要冈为是研究的速率范丽存张不同。另外，有研 究袋明“、”1 ，在不同的变形温度阶段，廊变速率对形变诱导铁索体相变得影响规律是不同的。 3 ) 合金元素对形变诱导铁索体相变的影响 套盒元素通过影响扩散过程跌获蹲低辐交点辩形变诱导铁索髂鞠爱起作鲻+ 舅癸，对予锯敏等 徽台金元素由于辩爨氏棒爵精菇静影确两对黟变诱导铁索体稿变有一定於彩睫。h i c k s o 扩8 等磷究了 单邋次轧制条件下台金元素的影响规律，指出磷御锰禽量的增加能够使铁索体鹣粒略微细化，两微 含盒锟、钦羯可敬靛著缁纯铁豢体晶粒。周荣镱释孙钥庚p ”考察了锰禽鼙对形糍诱等铁素休相爱得 影响，发现随着链禽鼙躺增加。彤变诱导铁素体捆变避科减慢，同时晶粒尺寸减小。莹瀚等人h 的 。 ：傺裘蟛，廷袋禽筮斡增撩，鼯变诱导铁素钵翡数鼙曼f 簿熬戆势。健蹩y a d a ”5 等发现磬陵禽量 增加时，可以扩大形变诱导铁索体相变发生的范围。 1 4 零课题的研究意义、主螫内容 t 4 ，i 本谦题的磷究惫义 普邋低碳结构钢和低碳微台焱结构钢的广泛使用予建筑、避输、家电等抒、业；占钢铁结构树辩 静8 5 阻上，多数潋热轧恣为使用状态8 q 。随着国琵经济的快速教展，对结构锎拘性麓也提出了更高 黝爱求。所以开拨熊够襁现有工业生产条辞下，大幅度普通低碳结构钢秘低张徽合垒结构钢的性能 鞠蘧谂帮工艺技术辩锈铁生产垒鼗嚣辐枣臻，褥藤叠激竞争力爨鸯糕警深远翁意爻。 普通绪构钢黼种中，q 2 3 5 为普通缩构钢，广泛用_ 】 ：建筑、制管、工程、交邋、超重机械结构等 箕豫雏翰镁：。出于冀纯擎成势麓肇( 袭1 2 ) ，筑潮。l ：艺要求不蔫，生产裁本较德，蘩性较搿。溺鲍 为嗣前结构工程中剧钢的主要品种。以梅山热轧产品为例，q 2 3 5 产鼎比重卣剥3 0 左右，谯所封 鼎辩中为遥裹。 g 寒辩大学疆学经诧文 级。 普通轧制工艺生产的q 2 3 5 的晶粒组缎如图1 7 所示，显微组织为铁索体加珠光体，晶粒度为9 图1 7 工业q 2 3 5 显微缎织5 0 0 x 蕊察q 2 3 5 的他擎成分蕈鞋力学牲魏，教瑰豫条采粥撩铡$ k 裁藕控锅冷帮。艺结合形燹嚣罨铁素 髂稳变投零。缨纯工韭q 2 3 5 貉箍粒鳋织，褥冀撼鼹强艘稳离判4 0 0 m p a 发翥，著保持塑缝和颧性不 f 薄，裁霹钱耱穗羁强麓缀鞠静蟊翦茄静广泛使翊懿 鑫合金高强臻擒钢q 3 4 5 便鞠；为了提高 强度，q 3 , 1 5 的化学成分中禽有较高含鼹的m n 元素，和微爝台金元素。因此如果能在目前由于在低 成本、低资游消麓涎基糖上窭毯了琨蠢钢材的“强疫翻褥”，烈在= 誊省资浚彝簿壤保护方嚣崔殛蓑的 享圭会效盏。努， j c 幸子使耀摆黧黔薅蛰，出予强凄楚提舞，胃 三l 减少橡傅足曹、壁 | 摹，翊辘罄簿诋捣 戗：重量和盛产成本，具翁霹鼹熬经蘩效益， 传统研究认为普碳锯襁熟变形过程中极易发生动淼和静态再结晶。饿晶粒在很短的时间内快速 长大，因此最法实现再结晶掇# k 或未再结摄控犍。形变诱始铁索体樱变的发生使得蒋碳钢的奥氏体 米再结爵嚣转制藏为可戆。来嚣缝晶嚣控靛和黟变诱释铁索俅糖变e 薏，避葶鞋磺翟翦聚代诧黪乾镂 篷产条徉下 i 对设备无辩六静教交两蜜璇褥碳镧晶粒鹣趱绒纯滟篦较璇窭可行靛t 慧方法。目前的 磺究表鞠8 q ，繇璇热轧缩稳稍缀织颦纯袋联豹王艺路线为：滔净化冶炼一充分等辆龋纯凝鞠一强力 和低温初轧一“形变诱导铁豢体相变”精轧一冷却控制。浩净化冶炼以使材料强度提高以后，使由于 锻孛夹杂耪嫠涤瓣稳纯敏感燕耩鼓避兔，镰蘑蔓捷露薅寺聚楚繇瀑傻爨) 的安塞缝。掇暴发糕势聚薅了撬 囊等鞋基率翁凝强技本群，熬予壤彦凝辫形成懿撞裴螽褥淡溃簸蕺减弱，褪瓣鹣宏襄镶橱，褥剐燕中。 编辑霹以弱照减少；秘辩瓣壤努分布翅匀淫褥戥鬟毒j 吝簸绦谨了裹霞鼙、均匀力学 生酶坯瓣形盛。 在有了洁净他和高均匀性( 成分及性能) 纂础上，就可以采j = f ；j 强力和低温歼坯可能性，在初轧阶段鹿用奥 氏体的蒋结龆纲化基础上，糙姥阶段采心关键的“形变诱导铁豢体相变”技术，褥凝剿姚充分餐辘是优 技术积视筑充分鹿瓣荐臻鑫桶豫为的形变诱母铁素侮嘏变虑蹦截造了蒋爨条纷。 照着钢铁带场竞争搿箍激熬，国内务镳铁奄韭纷纷趣鞭了颓产燕躺嚣麓工 聿，颡照梅出钢铁工 9 东南大学硕士学位论文 芑也迫切需要开裳有自己特色的，技术上领先的典有优异性能的低碳热轧板树。近年来，隧糟梅山 炼钢、热轧大技改的进行，梅山熟轧二号加热炉、板型控制、艨流冷却、卷取机、炼钢l f 炉、r h 炉及二二号连铸机等设备的逐步完成，在硬件设备挪控制技术上为采用控制轧制和控制冷却工截结合 形变诱导铁素体攘变技末提供了w 能。 如前所述，露前关于低碳镪交澎下静再结晶现象鞋及形变诱译铁素体褶交方疆的研究报道摄多， 假避基本上都是试验室的研究成果和理论上的胤部探索。并且出于试验材料成分不同，以及试验工 芑参数范围选择麓异较大，在试验结论上也存在较大的差异。 在热连轧轧机上变形过程中，低碳钢材料的韧性和塑性与辑结晶及相变过程曙及轧割过糕中的 多个因素毒关。逡鳌因素毽话：瑕琏蕊热湿度、犍；l 遂次筑蒂l 潦发及道次瑶下慧、耩# l ；i 毒l 滚嶷及 道次压下量、变形速率、变形詹冷却制度、卷取温度等。因此低碳钢热轧板最终的微观组织形态和 尺寸是一个多变墩的耦台过程。臻在目前现有的热连轧机上实现普碳钢品粒的超细化，就必颂根据 上业轧机的：艺特征，进行针对性的研究，在晶粒细化理论研究| 勺基础上，探索生产现场实施的。f i 荛参数蔻圈。 现有的研究成栗中变形条件积瑷代乾梳的生产工艺条件存在不同程度的纛鼯，不能蠢接嗣予指 导现场生产。比如传统的对于低碳钢再结晶规棒研究，局限于较高温度和较低的应变速率( i o 1 0 s _ 1 ) 4 1 1 , 但是现代的高速# l 机精轧阶段的鼗形速率最高可达1 0 0s 1 【4 “。对于普碳钢晶粮超细 化鹃程热连轧轧枫上的实施案侧，缀道报少，禹内槛抟秀等【2 2 1 谯塞镊进行韵2 次工业试验，袭宝镪 2 0 5 0 羲撬上将s s 4 0 0 铺静晶粒尺寸蹰 乏至5 # m ，矮骧强度撵裹拦4 0 0 m p a 。键憝箕使蠲的耩糕传擎 成分和普通q 2 3 5 钢相比，s i 含墩较低，只有o 0 9 ，s i 禽鼙的降低，能够掇黼材料的韧性和魍性。 另外由于宝钢熔炼设备较先进，钢中s 、p 控制辅低，这同样有利于提高材料的韧性和塑性。闲此对 于利用普通q 2 3 5 在热连轧薄板轧机上实现超细化的工艺则还鬻要具体的研究。 l 。4 2 本课题豹磷究走容 鏊予现代住热涟轧轧钢生产条件，进行试验爨热模拟试验，研究热轧工琶参数( 变形溢庹、应 变速率、冷却速腱薜) 对q 2 3 5 钢晶粒细化的影响，并研究变彤过程中低碳钢的组织演变和动态再 结晶、动态同复现象。探索利州米再结晶区控轧带l ：| 形变诱导铁索体相变工艺囊现背碳钢晶粒的超细 化的工艺参数范潮。 1 )无变形象律f 工韭q 2 3 s 钢不蘑冷却速发下懿褶交点瓣试，莠醑究无变形条裔：下冷却速度 对相变及显微组织形态的影响。 通过热膨胀法测量工业q 2 3 5 钢奥氏体化腊不同速度连续冷却时的奥氏体向铁素体转变相变点 a o ，研究无变形条件下冷却对其相变点和显微组织的影响，并嗣后来的变形条件下对显微缒纵鞠影 响避行霹眈，磅究燮形薄连续冷却蓐显强缓绞魑缨纯彝 形态豹躞变缛羯。骚究中变形试验重交澎溢 瘦的选择及对变形过程中组缓演燮分析盛须| 蔓试验奥氏体纯溢度和设定的冷却速度下的相交点a 。 为基础。 2 )变形工愁参数( n t 度、燮形后冷却速度，应变速率) 对变形后显微组织细化的影响，并分 擀箕对变形过程中发生的奥氏传缀织变纯诈翅。 为了确定爨体豹瑰场生产王藏参鼗，采麓擎秘蘧缩交形试耱，撮据热述辘生产条件，研究王艺 参数( 包括变形温度、变形质冷却速度、应变谶翠) 的变化，对试验材料品粒组织细化的影响：通 过组织变化和测定的应力应变曲线分析变形过程中发生的奥氐体变形行为。用兰道次的压缩试验模 拟热轧糟轧阶段的多道次轧制过程，研究多道次变形对组