两相区轧制对低合金钢组织性能的影响

温 斌 李 娜 陈尹泽 于爱民

(安阳钢铁股份有限公司)

两相区轧制对低合金钢组织性能的影响

温 斌 李 娜 陈尹泽 于爱民

(安阳钢铁股份有限公司)

采用再结晶区轧制+未再结晶区轧制+两相区轧制三阶段控制轧制工艺的方法，研究在(α+γ)两相区范围内，两相区不同变形率对Q345C低合金高强度钢组织性能的影响规律。同时比较了三阶段控制轧制工艺与常规TMCP控轧控冷工艺轧后钢板的性能，分析了两相区轧制工艺对钢板组织性能的影响。

低合金高强钢 两相区轧制 显微组织 力学性能

0 前言

控制轧制根据奥氏体发生塑性变形的条件可分为三种类型：(1)再结晶型控制轧制；(2)末再结晶型控制轧制；(3)两相区控制轧制。两相区控制轧制是钢加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体+铁素体共同存在的Ar1- Ar3温度范围内，再继续进行塑性变形的轧制技术。两相区控轧的目的是为了获得更加微细的组织，以便在保证低温韧性不降低或稍有降低的前提下，使钢的强度、特别是屈服强度大幅度地提高。生产过程中由于低温变形对轧制负荷和生产节奏的影响，两相区轧制作为控制轧制手段之一，在安钢中厚板的生产应用中基本属于空白。为了充分发挥装备能力，拓展工艺控制手段，本文通过在低合金系列钢种上开展两相区控制轧制试验，摸索两相区轧制对钢材组织性能的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验用母材

试验用坯料选择安钢第二炼轧厂生产的低合金高强钢Q345C，工艺为：150 t转炉-LF-1#板坯连铸-3500炉卷轧机，试验用坯料规格厚度为150 mm，目标成品规格厚度为25 mm，其化学成分见表1。

表1 试验用钢化学成分

1.2 确定( γ+α )两相区温度范围

16Mn钢的CCT图[1]如图1所示。

图1 16Mn钢的CCT图[1]

根据图1可以确定( γ+α )两相区温度范围约为759 ℃～625 ℃。

1.3 试验工艺方法

为了分析两相区轧制工艺对Q345C钢板组织性能的影响，选取同炉三块板坯，按照表2所示的工艺加热。

表2 试验用钢加热工艺

轧制工艺为：

(1)工艺1：常规控制轧制工艺，再结晶区轧制+末再结晶区轧制；

(2)工艺2：两相区轧制工艺，采用再结晶区轧制+末再结晶区轧制+两相区轧制三阶段控制轧制，两相区变形率为25%；

(3)工艺3：两相区轧制工艺，采用再结晶区轧制+末再结晶区轧制+两相区轧制三阶段控制轧制，两相区变形率为35%。

为保证两相区开轧温度、终轧温度均在两相区温度范围内，两相区开轧温度约为720 ℃左右。

1.4 试样制备

按照GB/T 2975钢及钢产品力学性能试验取样标准取样。考虑到需要研究两相区轧制钢板不同方向的性能差异，拉伸、冲击试样取样方向沿宽度方向，成横向、45 °方向、纵向分别取样。拉伸实验每组2根全厚度试样，测屈服强度、抗拉强度、伸长率，取平均值；夏比V型缺口冲击试样尺寸为10 mm×10 mm×55 mm。

2 过程控制数据及实验结果分析

2.1 轧制过程主要数据

实际轧制过程控制数据见表3。

2.2 拉伸实验

拉伸实验按GB/T 228-2002标准执行，数据见表4。

表3 轧制过程数据表

表4 力学性能数据表

从表4可以看出，三种工艺轧后钢板的屈服强度、抗拉强度、伸长率均保持在较高的水平上，均能满足标准要求。工艺2、工艺3较工艺1，屈服强度、抗拉强度均有提高，伸长率略有降低。工艺3相比 工艺2，屈服强度、抗拉强度、伸长率均有一定程度的提高。也就是说，相比常规控轧工艺，两相区控轧工艺能在保持伸长率降低很少的前提下能很大程度的提高钢板强度，还有就是随着两相区变形率的增加，屈服强度和抗拉强度增加，而且屈服强度增加的幅度更大。这是因为(γ+α)两相区轧制时，尚未相变的奥氏体将继续变形，奥氏体晶粒拉的更长，在晶内形成形变带，已经相变生成的铁素体，也会由于相变先后的不同而受到不同程度的变形，在晶粒内形成亚结构，在轧后的冷却过程中，前者发生相变形成多边形铁素体晶粒，后者因回复变成内部含有亚结构的铁素体晶粒，而这2种组织对于提高钢的强韧性很有利。

根据实验结果数据，对采用三种不同工艺的钢板力学性能，分三个不同代表方向，纵向、45 °方向、横向，做力学性能折线图，如图2所示。

(a) 屈服强度对比 (b) 抗拉强度对比 (c) 伸长率对比

图2 不同工艺、不同方向平均力学性能对比折线图

从图2可以看出，采用工艺3的钢板，屈服强度、抗拉强度、伸长率在三个代表方向，表现为明显的各项异性，这是由于钢在较低的温度下不断变形时，晶粒不断发生滑移和转动，使各晶粒的某一位向逐渐趋于一致而形成变形织构，这种组织使钢的力学性能产生强烈的各向异性。而工艺2的钢板力学性能各项异性表现不明显,也就是说两相区轧制工艺能够在适当的变形温度和变形率前提下，使钢的强度提高且不表现为力学性能的各向异性。

2.3 冲击实验

根据GB/T229-2007要求制备了V型缺口冲击试样。0 ℃冲击实验结果见表5。

表5 不同工艺冲击性能

从表5可以看出，两相区控轧工艺相比常规控轧工艺，冲击功略有下降，而且两相区变形率为33%的工艺比变形率为25%的工艺冲击功略低，但均满足标准要求。同时两相区控轧工艺和常规控轧工艺冲击功均表现为强烈的各向异性，这是因为在轧制过程中会形成沿轧制方向的带状组织，带状组织使金属材料的机械性能产生方向性，使横向塑性和韧性显著降低。

3 组织性能分析

对采用不同轧制工艺的钢板取样，磨光、抛光、并用4%硝酸酒精溶液腐蚀后，观察其金相组织。金相照片分别如图3、图4、图5。

(a) 表层 (b) 表层 (c) 1/4处 (d) 中心

图3 工艺1实验钢的金相照片

(a) 表层 (b) 表层 (c) 1/4处 (d) 中心

(a) 表层 (b) 表层 (c) 1/4处 (d) 中心

观察三种不同轧制工艺钢板表层、1/4处、中心的金相组织图可以发现，其组织均为F+P。工艺1的钢板表层有厚度约1 mm的细晶组织，是因为该工艺采用中间冷却技术和TMCP控制轧制工艺，能精确控制钢板的冷却速度，在钢板表层形成一定厚度的超细晶组织来提高强度[2]。工艺2的钢板表层没有细晶组织，中心有轻微碳偏析，表层、1/4处、中心的晶粒相对工艺1略大。工艺3的钢板表层有厚度约190 μm的细晶组织，1/4处、中心处晶粒度比工艺2略大。工艺3表层之所以形成细晶组织是因为终轧温度低、表层冷却速度过快所致。工艺2和工艺3采用两相区轧制工艺轧制后，钢的金相组织正常，无明显混晶现象。

3 结论

(1)采用两相区轧制工艺，比常规轧制工艺强度明显提高，且变形率大时提高更明显，而延伸率、冲击功略有降低。

(2)采用两相区轧制工艺，终轧温度较低、变形率较大时，钢板的力学性能表现为明显各项异性；终轧温度较高、变形率较小时各项异性不明显。

(3)采用两相区轧制工艺，钢的1/4、中心处金相组织与常规轧制工艺相同，均为F+P，无明显混晶现象。

[1] 李红英，丁常伟，张希旺，等.16MnR 钢奥氏体连续冷却转变曲线 ( CCT 图 )[J].材料科学与工程学报，2007,25(5):727-730.

[2] 陈尹泽，徐筱芗，于爱民，等.层流冷却工艺对表层超细晶C-Mn钢组织性能的影响[J].冶金丛刊，2015,215(1):4-7.

EFFECT OF PLATE ROLLED IN THE TWO-PHASE REGION ON MICROSTRUCTURE ANDPROPERTIES OF LOW ALLOY STEEL

Wen Bin Li Na Chen Yinze Yu Aiming

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

The influence of different deformation rate on Microstructure and mechanical properties of Q345C low alloy high strength steel is studied by using the three stage (recrystallization range rolling + unrecrystallization range rolling + two phase region rolling)controlled rolling process, in which the Ar1-Ar3temperature range. Meanwhile, the influence of rolling process on the microstructure and properties of the steel sheet is analyzed by comparing the performance of the IC+TMCP controlled rolling process.

HSLA steel (α+γ)two phase region rolling microstructure mechanical properties

�，助理工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司技术中心；

2015-9-30