Ti微合金化冷轧高强钢的再结晶温度研究

1、第32卷第2期2011年5月钢铁钒钛IRON STEEL VANADIUM TITANIUMVol32，No2May 2011Ti 微合金化冷轧高强钢的再结晶温度研究1吕盛夏，陈12事，毛新平，王121喜，朱达炎，霍向东（1江苏大学材料科学与工程学院，江苏镇江212013；2广钢CSP 应用技术研究所，广东广州510730）要：采用半小时等温法、显微硬度测量和金相组织观察等试验手段，研究了Ti 微合金化冷轧高强钢的再结晶温摘度。结果发现：不同变形量的冷轧板再结晶规律基本相同，再结晶温度随变形量增加略有降低；640 以下为回复阶段，随着温度升高，等轴晶大量形核长大，硬度迅速降低，到840 再结晶

2、晶粒反常长大；该钢种的再结晶温度高达700 710 ，钢中大量纳米级TiC 析出物和溶质原子是再结晶温度提高的主要原因。关键词：Ti 微合金钢；冷轧高强钢；再结晶温度；碳化钛；紧凑式带钢生产TG142. 2中图分类号：TF713. 6，文献标识码：A文章编号：10047638（2011）02004305Study on Recrystallization Temperature of Ti Microalloyed HighStrength Steel in Cold-Rolled StripsLv Shengxia 1，Chen Shi 1，Mao Xinping 2，Wang Xi 1，Z

3、hu Dayan 2，Huo Xiangdong 1（1School of Material Science and Engineering ，Jiangsu University ，Zhenjiang 212013，Jiangsu ，China ；2CSP Ap-plying Technology Research Institute of GISE ，Guangzhou 510730，Guangdong ，China ）Abstract ：The recrystallization temperature of Ti microalloyed high strength steel in

4、cold rolling were in-vestigated by means of microhardness testing ，metallographic structure observation and isothermal annea-ling for half an hourThe results shown that the regulations of recrystallization were basically the same in the different percentage of cold-rolling reduction steels ，and the

5、recrystallization temperature of steel had a little drop trend with the percentage of cold-rolling reduction increasingThe process was defined recov-ery at temperatures below 640 ，a large number of equiaxed grains nucleated ，and the microhardness rapidly reduced with temperature increasingRecrystall

6、ization grains grow up abnormally when the tem-perature rose to 840 The recrystallization temperature of steel rose to 700 710 ，large amount of nanometer TiC particles and solute atoms existed in steel were main reasons for the high recrystallization temperatureKey words ：Ti micro-alloying steels ；c

7、old rolled high strength steel ；recrystallization temperature ；titani-um carbides ；compact strip production已成为世界上薄板坯连铸连轧产能最大的国家，产量占世界的30%以上，并且我国有超过30%的热轧板卷都在该工艺下生产10引言薄板坯连铸连轧技术被认为是继转炉炼钢和连续铸钢之后世界钢铁工业的第三次技术革命，是钢铁制造领域的前沿技术。经过近十年的发展，我国收稿日期：20101229。近年来，国内外一些钢厂开始以薄板坯连铸连轧热轧板为基板生产冷轧薄板或进行试验，如美国NUCOR 公司、德国蒂森

8、克作者简介：吕盛夏（1985），男，广西玉林人，硕士，主要从事金属材料组织性能的分析与测试。·44·钢铁钒钛2011年第32卷鲁伯公司和我国马钢、邯钢和涟钢等，该方面的研究23。应用还处于起步阶段，有待进一步深入珠钢CSP （最具代表性的薄板坯连铸连轧技术）生产线以普通集装箱板为设计基础，采用Ti 微合金化技术，综合利用细晶强化、固溶强化和沉淀强化等多种强化机制，生产出了屈服强度达700MPa45。目前计划以该钢种为冷轧基料，的高强钢开发具有高强韧性配合的Ti 微合金化冷轧高强钢。冷轧后的再结晶退火很大程度上影响着冷轧板的最终性能，而其中的再结晶温度选择是关键性因素。因此，

9、笔者采用半小时等温法测定该钢种的再结晶温度，并讨论影响再结晶温度的主要因素，为改进Ti 微合金化冷轧高强钢的退火工艺提供依据。主要化学成分如表1所示。由3种不同厚度热轧板分别冷轧到同一厚度（12mm ）得到冷轧硬板，变形42%和56%。量分别为36%、利用线切割将不同变形量的冷轧硬板各切割成20个20mm 25mm 的试样，其长度为轧制方向，在通以惰性气体保护的实验室箱式电阻炉中进行退火试验。采用半小时等温法测定冷轧硬板的再结晶温度，为了比较不同变形量对再结晶温度的影响，对3种变形量冷轧硬板进行分组试验。具体退火过程为：将炉温从室温升到500 ，每隔20 处理一个试样，等温时间为05h ，直到

10、880 ，试样出炉后均淬水。将所得退火后试样表面磨光，利用HV 1000显微硬度计测定各试样硬度，每个试样测量5个点，取硬度平均值。再利用Origin 软件绘制3种冷轧变形量试样的硬度随温度的变化曲线。1试验材料和方法试验用钢为CSP 工艺下生产的Ti 微合金钢，其Table 1C 005Si 009Mn 075表1试验用钢的主要化学成分Main chemical compositions of steel investigatedS 0004P 0011Cu 025Ni 02Cr 0417%Ti 0107选择变形量为42%的各试样进行金相组织观察。首先将试样沿长度方向对中切开为125mm 2

11、0mm 的试样，则其长度方向仍为轧制方向，然后将试样磨平、抛光、经3%的硝酸酒精侵蚀后置于LEI-CA DM 2500M 光学显微镜下进行金相组织观察。221试验结果和分析再结晶温度的确定根据冷轧硬板不同温度下等温半小时后的硬度来确定冷轧硬板的再结晶温度。由500 开变化，520860、始，每隔20 处理一个试样，即在500、880 各温度点等温，出炉后淬水，每组变形量下取便于对比分析，还对不同样20个。为了使曲线完整，变形量的冷轧硬板进行了硬度测量。3种变形量下试样硬度随退火温度的变化如图1所示，规律如下：1）随着变形量的增加，冷轧硬板硬度升高，再结晶开始温度有小幅下降。这主要是随着变形量增

12、点缺陷和位错等增多，冷轧硬板积聚的变形能也加，越多，回火再结晶时的驱动力就越大，开始再结晶温度也就越低。但由于变形量变化不大，再结晶开始温度下降不明显 。图1不同变形量冷轧板的硬度随退火温度的变化Fig1Variation of microhardness with annealingtemperature in the different percentage of cold rolling reduction sheets2）在低于640 退火，不同变形量试样的硬度但硬度并未出现明显下降的存在一定程度的波动，趋势。表明此阶段只发生点缺陷和位错的运动，属于回复过程，再结晶并未开始。3）退火温

13、度高于640 ，硬度迅速降低，直到840 ，硬度下降到最低点。即从640 开始发生再结晶，第2期吕盛夏等：Ti 微合金化冷轧高强钢的再结昌温度研究·45·随着退火温度的升高，再结晶量不断增加，导致硬度下降，直至完全再结晶，这个阶段为再结晶过程。因变形而产生的高密度位错出现束集、回复再结晶及晶粒长大现象，抵消了应变硬化作用，因而导致硬度降低。3种变形量试样的硬度随由图1还可以看到，退火温度的变化趋势基本相同，再结晶开始温度在640 附近，结束温度约为840 。根据半小时等温法对再结晶温度的定义，将硬度下降50%的温度作为再结晶温度。可确定该钢种的再结晶温度为700 710 ，

14、如图2所示。22金相观察对金相组织观察，可以验证通过硬度测定的再结晶温度的准确性。由于3种变形量试样的硬度随退火温度的变化趋势基本相同，在此也仅对变形量为42%的试样进行金相组织观察。其冷轧硬板试500、600、640、680、720、760、样在不同温度（冷轧态、800、840 ）下，等温退火05h ，出炉后淬水，金相组织如图3所示 。图2变形量为42%冷轧板的再结晶温度确定Fig2Determination of recrystallization temperaturefor 42percentage cold rolling reduction sheet图3变形量为42%冷轧板随退火

15、温度变化的金相组织Fig3Microstructures of 42percentage of cold-rolling reduction sheet with different annealing temperature维状组织，没有再结晶后的晶粒，属于回复过程。此阶段随着退火温度的升高依次发生点缺陷、位错运动，以由图3可见：1）在640 以下，试样组织还是冷轧变形后的纤·46·钢铁钒钛2011年第32卷及亚晶长大和多边化等过程，硬度也不会有大的变化。2）当温度升高到640 ，在纤维状变形晶粒晶界处出现了少量的等轴晶粒，即再结晶开始发生，硬度也开始明显下降；温度继续升

16、高，再结晶晶粒进一步增多增大，纤维状组织有所改善，其晶粒长宽比降低，硬度也随之降低。3）当温度升高到720 时，再结晶量已经超过50%，再结晶晶粒占据主导地位，基本上包围了原来纤维状变形晶粒；温度达到840 ，基本上看不到纤维状变形晶粒，为长大甚至粗化的再结晶晶粒，此时再结晶已经完成，硬度也降到了最低值。温度并不是一个物理常数。不仅随着材料（钢种）的不同而改变，并且热轧、冷轧和再结晶退火工艺等也都影响着再结晶温度，前者是影响再结晶的内部因素，而后者为其外部因素。有关以CSP 工艺热轧板为基板，冷轧后采用半89。值小时等温法进行再结晶温度研究已有报道文献中所述的冷轧板生产工艺与本文得注意的是，基

17、本相同，再结晶温度的测量方法也是采用半小时等温法，只是钢种的化学成分不同（如表2所示）。但是文献中所测钢种的再结晶温度为550 左右，比Ti 微合金化冷轧高强钢的再结晶温度低约150 。如前所述，在热轧、冷轧和再结晶退火工艺等外再结晶温度出现了如此大部因素均相同的情况下，的差别，就必须从其钢种着手，分析其内部因素。从表2可以看到，文献所述钢种为低碳钢，除了Ti 元素外，和本文所研究钢种基本化学成分类似。45根据霍向东等人前期的研究表明：Ti 微合金化和CSP 工艺，能使该钢种冷轧基料中析出大量纳米3分析与讨论由以上试验结果可以看到：以CSP 工艺下热轧板为冷轧基板，钛微合金钢冷轧硬板的再结晶温

18、度达到700 710 ，比一般的冷轧薄板的再结晶温度67。因此，高出150 250 为了合理地制定该钢种CSP 工艺下的冷轧板退火工艺，有必要对影响其再结晶温度的主要因素进行探讨。再结晶可以在一定的温度范围内进行，再结晶并且纳米级TiC 析出物在位错线上弥级TiC 粒子，如图4所示。散分布，Table 2C 0040Si 0010表2文献所述冷轧板主要化学成分Main chemical compositions of steel mentioned as referenceMn 0210Al 0041P 0003S 0003Ni 0010Cr 0020%Cu 0 040图4Ti 微合金化热轧高

19、强钢种的析出物形貌Fig4Morphology of precipitates of Ti microalloyed high strength strip in hot rolled strips微合金化技术，冷轧板中可能还存在一定数量的微量溶质原子。溶质原子与位错及晶界间存在交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错若冷轧高强钢中存在纳米级TiC 粒子，在回火过程中势必会阻碍再结晶晶核的迁移，不利于再结晶的进行，从而提高了再结晶温度。此外，采用Ti第2期吕盛夏等：Ti 微合金化冷轧高强钢的再结昌温度研究·47·的滑移和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的

20、形核和长大，阻碍了再结晶过程，同样也能使再结晶温度升高。有关冷轧高强钢中纳米级TiC 粒子和溶质原子对再结晶温度的影响，还有待进一步深入研究。2）在640 以下等温，基本上仍为纤维状组织，硬度存在一定程度的波动，属于回复阶段；当退火温度升高到640 ，组织中开始出现等轴晶粒，随着温度升高，等轴晶粒大量出现，硬度也迅速降低，为再结晶阶段；当温度达到840 ，部分晶粒出现反常长大。3）钛微合金化冷轧高强钢的再结晶温度高达700 710 ，远远高于普通冷轧薄板。分析表明，这主要和钢种的Ti 元素有关，是由于纳米尺寸TiC 和溶质原子对再结晶过程发生影响。4结论1）随着变形量的增加，冷轧板的硬度升高，

21、并且再结晶开始温度有小幅下降。变形量不同的3种冷轧板的硬度随退火温度升高具有相同的变化规律。参考文献1Yin RuiyuAchievement on the thin slab casting process in China J Iron and Steel ，2008，43（3）：19（殷瑞钰中国薄板坯连铸连轧的进展J 钢铁，2008，43（3）：19）2Wang XinhuaPossibility of producing high quality cold rolled coils with thin slab casting production route J Iron and S

22、teel ，2004，39（12）：1825（王新华采用薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板的可行性分析J 钢铁，2004，39（12）：1825）3Zhang Xiaohui ，Peng Wei ，Jiang Candong ，et al The applicability of using the CSP product to make the cold rolling base plate J Metal Materials and Metallurgy Engineering ，2007，35（1）：4346（章晓辉，J 金属材料与冶金工程，2007，35（1）：4346）彭伟，蒋灿东，等

23、CSP 产品做冷轧基板的适用性4Mao Xinping ，Huo Xiangdong ，Sun Xinjun ，et al Strengthening mechanisms of a new 700MPa hot rolled Ti microalloyed steelJ Journal of Materials Processing Technology ，2010，210：16601666produced by compact strip production 5Huo Xiangdong ，Mao Xinping ，Yang Qingfeng ，et al Effect of hot r

24、olling parameters on the microstructure and properties of Timicroalloyed steel produced by compact strip production J Iron Steel Vanadium Titanium ，2010，31（2）：2631（霍向东，J 钢铁钒钛，2010，31（2）：2631）毛新平，杨青峰，等CSP 热轧工艺对Ti 微合金化钢组织和性能的影响6Yu Shengfu ，Xu Guang ，Yang Yi ，et al Study on recrystallization temperature of cold rolled sheets J Heat Treatment Tech-nology and Equipmeut ，2009，30（1）：3537（郁盛富，J 热处理技术与装备，2009，30