控制轧制与控制冷却对16Mn钢板组织和性能的影响

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1985.04.009 北京钢铁学院学报 1985年第4期 控制轧制与控制冷却对16Mn钢板 组织和性能的影响 北京钢铁学院金相教研室傅立元李文卿张敏 太原钢铁公司白孝忠倪川根王家振周仲吴天放 摘 要 本文研究了终轧温度及控轧后冷却速度对16M·钢板组织及性能的影响。结果 表明：1.适当地降低终轧温度对改善16M·钢板性能是有利的。2.轧后冷却速度对组 织及性能有较大的影响，随着冷却速度增大，钢的强度显著提高，当冷却速度在 5~22℃/s的范围内，钢的塑性及韧性均合格。冷却速度为5℃/s、15℃/s,38℃/s时， 其屈服强度分别可达到35kgf/mm2,40kgf/mm2、45kgf/mm2的级别。可以 认为，控轧及控冷是提高16Mn钢板强韧性的有效力法。 一、前 言 太钢五轧厂生产的16M钢板，通过控制轧制曾使其合格案达到95%，但当钢的化学成 份中的碳、徒、锰等偏下限而又未能严格按照控制轧制工艺进行生产时，常有部分产品的屈 服强度cs低于标准要求值(35kgf/mm2)1~2kgf/mm2,这时抗拉强度也偏低。这样产品 合格率就下降到85%左右。针对这一生产实际问题，我们开展了控制轧制及控制冷却的试验 研究。研究控制轧制及控制冷却工艺参数对16M·钢板组织和性能的影响，以达到提高产品 合格率的目的。研究结果表明：适宜的控制轧制加控制冷却工艺，是提高16M钢板强韧性 的良好途径，它将会使产品合格率提高到95%以上。 二、实验方法 实验用钢为太钢生产的16Mn热轧板，其化学成份为：0.12%C、0.36%Si、1.43%Mn、 0.015%P、0.02%S、0.005%酸溶铝、0.01%Cr、0.01%Ni、0.02%Cu。 试块尺寸为：30×70×140mn,控制轧制是花中320mm二辊轧机上进行的，试块在电炉 中加热，奥氏体化温度为1150℃。轧制道次为四道，道次压下率为20%，总压下率为60%， 轧后钢板厚度均为12mm。轧制工艺参数及轧后控制冷却速度见表1。轧制道次中试块温度 的测量系应用GD型光电测温仪进行的。 试样的截取是在垂直于轧向取拉伸试样(d=5mm标准试样)三个，冲击试样（U型 缺口)12个。金相试样一个。 力学性能测试：拉伸试验是在WPM-30吨材料试验机上进行，测出室温下的抗拉强度、 屈服强度、延伸率及断面收缩率。冲击试验在JB-30型冲击试验机上进行，测出室温、 一40℃、一70℃、一90℃的冲击韧性值，并测出韧性断口百分数。 63

北 京钢铁 学院 学报 年 第 期 控制轧制与控制冷却对 钢板 组织和性能的影响 北 京钢铁 学 院金 相教研 室 傅 立 元 李文 卿 张 敏 大 原钢铁公 司 白孝忠 倪 川根 王 家振 周仲 吴夭 放 摘 要 本文研 究 了终 轧温度 及 控 轧后 冷却速度对 钢板 组 织 及 性 能的影 响 。 结果 表 明 适 当地降低终 轧温度对 改善 钢板 性 能是 有利 的 。 轧后 冷却速度对 组 织及 性 能有较大 的 影 响 ， 随着 冷 却 速度增大 ， 钢的 强 度显著提 高 ， 当冷却速 度在 ℃ 的范 围内 ， 钢的塑 性 及 韧 性均合格 。 冷却速度为 ℃ 、 ℃ ， ℃ 时 ， 其屈服 强度分 别 可 达 到 ， “ 、 的 级 别 。 可 以 认 为 ， 控 轧及 控 冷是提 高 钢板 强 韧 性 的有效力法 。 一 、 、 口 太钢 五轧 厂生 产 的 钢板 ， 通 过 控 制 轧 制 曾使 其合格 率达 到 ， 但 当钢 的 化学 成 份 中的碳 、 硅 、 锰 等偏下 限而又未 能严格按 照 控 制轧 制 工艺 进 行生 产时 ， 常 有部分产 品 的屈 服 强度 低 于 标准 要求 值 ， 这 时 抗拉 强度 也偏低 。 这 样产品 合格率就 下 降到 左右 。 针 对这 一生产 实际 问题 ， 我们 开展 了控制 轧制 及控制 冷却的试验 研究 。 研 究控制轧制 及控 制冷 却 工艺 参数对 钢 板组织 和性能 的 影响 ， 以达到提高产 品 合格率 的 目的 。 研究结 果表 明 适宜 的 控 制轧 制 加控 制 冷却 工 艺 ， 是提高 。 钢板 强韧性 的 良好途径 ， 它将 会使产 品 合格 率 提高到 以 上 。 二 、 实 验方法 实 验 用钢 为太 钢生 产 的 热 轧板 ， 其 化学 成份 为 、 、 、 、 、 酸溶铝 、 、 、 。 试块尺 寸 为 ， 控 制轧 制 是 在小 二辊轧机 上进 行 的 ， 试 块在 电炉 中加热 ， 奥 氏体 化温度 为 ℃ 。 轧制道 次为四道 ， 道 次压 下 率为 ， 总压下 率 为 ， 轧 后钢板厚 度均 为 。 轧 制 工艺 参数 及 轧 后 控 制冷 却速度见 表 。 轧 制道 次 中试 块温度 的 测 量 系应 用 型 光 电测 温仪 进 行 的 。 试样 的截 取 是 在 垂 直于 轧 向取 拉伸试祥 二 标准试样 三 个 ， 冲击试样 型 缺 口 个 。 金 相试样一 个 。 力学性能测试 拉伸试 验是 在 一 吨材料试 验机 上进 行 ， 测 出室温下 的 抗拉 强度 、 屈 服强度 、 延伸 率 及 断 面 收 缩 率 。 冲 击试 验在 一 。 型 冲击试 验机 上进 行 ， 测 出室温 、 一 ℃ 、 一 ℃ 、 一 ℃的冲击韧性值 ， 并测 出韧 性断 口 百 分数 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1985．04．009

表1 轧制工艺参数及轧后冷却速度 编 轧制道次及轧制温度，℃ 设计的 轧后冷却速度，℃/s(冷到550℃) 符 终轧温 道次二道次三道次四道次度℃ 下面为分组编号 B 1100 1040 980 920 900 0.14 1 8.6 15 15 22 B B2 B B 1100 1000； 930 870 850 0.131 4.2 9.5 15 22 38 Ci C C Cs C D1100 1000 900 820 800 0.12 0.94 6.2 12 13.625 33 D D, Da D D D D E 1100 960 860 780 760 0.12 0.9 7. 6.8 9 20 41 E E Es Es F 1100 900 820 740 720 0.12 0.8 F2 金相组织的分析：在光学显微镜下进行-一般的显微组织分析，应用定量金相方法测出铁 素体品粒的平均直径，在图象仪上测出珠光体的百分数，并在电子显微镜下（二次复型透 射、扫描等)对精细结构及断口形貌进行了分析。 三、终轧温度对控轧及控冷16Mn钢板组织及力学性能的影响 在轧后冷却速度一定的条件下，终轧温度对显微组织及力学性能的影响有着相同的规律， 因此，我们仅就几个冷却速度来讨论终轧温度对 ·级冷 组织及性能的影响，其他冷速有着相似的结果。 30 空冷 1.终轧温度对控轧16Mn钢板显微组织 20 的影响 从所得的结果可见：终轧温度主要影响铁 10 素体晶粒大小，而对珠光体百分数均未发现有 10 明显的影响。图1为轧后空冷及缓冷后所得的 结果，由图1可以看出，在900~800℃温度区 间，随终轧温度的降低铁素体晶粒细化。这是 由于奥氏体晶粒通过形变及再结晶而细化，它 14 使转变产物铁素体晶粒也随之细化，见照片 1一3，过去的工作也证明了这一结果。当 终轧温度降到800℃时，奥氏体已不能进行再 10 结晶，这时不仅奥氏体晶界是铁素体形核部位， 奥氏体内形变带处也是形成铁素体晶核的地 720750780810840870900 终轧温度°C 方，因而使铁素体形核率增大，所以得到细小 的铁素体晶粒。当终轧温度低于800℃时，终 图1 铁素体晶粒尺寸及珠光体百分数与 终轧温度之间的关系（图中d分单 轧是处于铁素体加奥氏体两相区，所以形变 位为mm2i) 64

表 轧制 工艺 参数及轧后 冷却速度 编 组 一道 次 二道 次 符 。 。 … 。 号 一 一 ， ， 、 。 ‘ ， ‘ “ … ” 几 一 · 。 一叫一训一 ‘ ‘ ‘ 。 。 金 相组织 的 分析 在光学显微 镜下 进 行一 般的显微组织分析 ， 应 用定量金 相 方法 测 出铁 素体 晶粒 的 平均直径 ， 在 图 象仪 上测 出珠 光体的 百 分数 ， 并 在 电子显 微 镜下 二 次 复 型 透 射 、 扫描等 对 精细结 构 及断 口 形 貌进 行 了分析 。 三 、 终 轧温 度对控轧及 控冷 钢板组 织及 力学性能的影 响 在轧后 冷却速度一定 的 条件下 ， 终轧温度对显微组织 及 力学性能 的影响有着相 同的 规律 ， ‘， ︺ 次 因此 ，我们 仅就 几个冷却速度来讨论终轧 温度对 组织及性能 的影 响 ， 其他冷速有着相似 的结 果 。 终 轧通 度对 控 轧 钢 板显徽组 织 的影晌 从所得 的结 果可见 终轧温度主 要影响铁 素体 晶粒大小 ， 而对珠光体 百分数均未发现有 明显 的影 响 。 图 为轧后 空 冷 及缓 冷后所 得的 结 果 ， 由图 可 以 看 出 ， 在 ℃ 温 度 区 间 ， 随终轧温度 的 降低 铁素体 晶粒 细 化 。 这 是 由于 奥 氏体 晶粒通过形变 及再结 晶而细 化 ， ’仑 使转变产物 铁 素 体 晶 粒 也 随之细 化 ， 见 照 片 一 ， 过 去 的工作也证 明 了这 一结 果 ‘ 。 当 终轧温度 降到 ℃ 时 ， 奥 氏 体 已不 能进 行再 结 晶 ， 这 时不仅奥氏体 晶界是铁素体形核 部位 ， 奥氏体 内形 变带 处也是形 成 铁素 体 晶核 的地 方 ， 因而使铁 素体形核 率增大 ， 所 以得到细小 的 铁素体 晶粒 。 当终轧温度低 于 。 ℃时 ， 终 轧 是处于 铁素体加 奥氏 体两相 区 ， 所 以 形变 缓冷 ， 空冷 二二 ‘ 二 ， 一 护 气 ‘ 夕李勺 飞 、 声 八日改叭 小 引 一 飞 气‘ 兹厂份不碗 惫 · ， 终轧沮度 。 图 铁 素体 晶粒尺 寸及 珠 光体百 分 数与 终 轧温度之 间 的关 系 图 中 一 吕 ’ 不今 习 ， 单 一 名

过程中奥氏体及铁素体均沿轧向伸长，铁素体变形程度不均匀，造成某些铁素体晶粒处于临 界变形程度，再结晶到粗大的晶粒，粗大晶粒更易于向四周长大，其结果形成铁素体晶粒极 不均匀的混晶现象，引起铁素体平均晶粒直径变大，如照片4及5所示。 从图1中也可以看出，终轧温度对珠光体百分数基本上没有什么影响。 从照片1~3中可以看出，降低终轧温度有利于带状组织的减轻及消除，这与传统的观点 相反。 2.终轧温度对控轧16Mn钢板力学性能的影响 控轧16Mn钢板力学性 能与终轧温度的关系如图2 ·缓冷 (冷却速度分别为0.13℃/s 55 生空冷 及1.0℃/s)所示，由图中 望 50 可见钢的抗拉强度随终轧温 度降低略有提高，这主要是 45 由于随着终轧温度降低，铁 40 素体中的位错亚结构引起强 35 度上升，照片6为720℃终轧 后铁素体内部的亚结构。钢 40 的屈服强度随终轧温度的降 A17.C 低，开始时由于铁素体晶粒 20 -20 细化而导致屈服强度的上 升，当终轧温度降低到800℃ -30 以下时，由于铁素体平均晶 -40 粒变粗又使屈服强度下降。 钢的延伸率随终轧温度的降 720750780810840.870900 终轧温度℃ 低增大，这可能是由于铁素 图2格轧温度对力学性能的影响（空冷及缓冷) 体晶粒的细化而引起的，终 轧温度降到760℃以下时， 由于位错亚结构的强化作用 冷速15°c!8 使延伸率又降低。钢的脆性 转化温度FATT随终轧温 35 51 度下降开始时降低，终轧温 9 30 度低于800℃时FATT又升 望 -35 47 25 高，它的变化与铁素体晶粒 尺寸大小有关，与图1对照 TATT 43外 就可以看出，铁素体晶粒愈 15 小，其脆性转化温度FATT 39 就愈低。 760780800820840860880900 终轧温度℃ 综合以上实验结果可以 图3怒轧温度对力学性能的影响（冷速15℃/s) 认为：适当地降低终轧温 度，对提高16Mn钢板的屈服强度、提高钢的塑性及降低脆性转化温度均是有利的，对16Mn 65

过 程 中奥 氏体及 铁素体均沿轧 向伸长 ， 铁素体变形 程度不均匀 ， 造成某些 铁素体晶粒处于 临 界变形 程度 ， 再结 晶到粗大的 晶粒 ， 粗大晶粒 更易于 向四周 长大 ， 其结 果形成铁素体 晶粒极 不均匀的混 晶现 象 ， 引起铁素体平均 晶粒直径 变大 ， 如照 片 及 所示 。 从图 中也可 以 看 出 ， 终轧 温度对珠 光 体百分数基本 上没 有 什么影响 。 从照 片 中可 以 看出 ， 降低 终轧 温度 有利 于带状组织 的减轻 及 消除 ， 这 与传统 的 观点 相 反 。 终 轧 温 度对控轧 钢板 力学 性能的影 响 日 旦 留 缓冷 空冷 廿二〕 亡二士二二二泛二二二孙 石 卜 ， “ 斗转甲夕谈资 、 呵卜 ， 。 产乙二二共 甘 ‘ 一 ﹄， ︸ 次勺产的 、 、 气、 、 ‘ 尸 龙味、 一 城 理 终轧温度 ℃ 图 终 轧温度对力学性能 的影响 空冷及 缓冷 冷速 。 ‘ 、 、 一 洲一洲一 ，， 咬幼 ﹃舀几 几 欲‘ 一 ，曰 甘眨 ‘ ‘ 护户尸 产产声 一 扩 卜 口 门 、 、 戈‘ 吕口月舀 扭百﹂ ， 叹尸、 、 鹅 。 留 、 卜 一一 ‘ 口口口 ， 洲了了 仁比卜口冲﹄ ， 肠 ， 朽 ︸一︼ 。 ’ 二阔 控 轧 钢 板 力学 性 能 与终轧 温 度的关 系如 图 冷却 速度分别 为 ℃ 及 ℃ 所 示 ， 由 图 中 可见 钢 的 抗拉 强度随终轧 温 度 降低略有提高 ， 这 主 要 是 由于随着 终轧温 度降低 ， 铁 素体 中的 位 错亚结 构 引起 强 度 上升 ， 照 片 为 ℃ 终轧 后 铁素体 内部的亚结 构 。 钢 的 屈 服 强度随终轧温 度的降 低 ， 开始时 由于 铁素体 晶粒 细 化而导致 屈 服 强 度 的 上 升 ， 当终轧 温度 降低 到 ℃ 以下 时 ， 由于 铁素体平均 晶 粒变 祖又使屈 服 强度下 降 。 钢 的延伸 率随终轧温 度的 降 低增 大 ， 这 可 能是 由于 铁素 体 晶粒 的 细 化而 引起 的 ， 终 轧温度降到 ℃ 以下 时 ， 由于位错亚结构的 强 化作用 使延伸 率又 降低 。 钢 的 脆 性 转 化温 ， 度 随终 轧 温 度下 降开始 时 降低 ， 终轧 温 度低 于 ℃时 又 升 高 ， 它 的 变 化与 铁素体 晶粒 尺寸大小有关 ， 与 图 对照 就 可 以 看 出 ， 铁素体 晶粒 愈 小 ， 其脆性 转 化温 度 就 愈低 。 综 合 以 上实 验结 果 可 以 认为 适 当地 降 低 终 轧 温 度 ， 对提高 钢 板 的屈 服 强度 、 图 终 轧温度对力学性 能 的 影 响 终轧温度 ℃ 冷速 提高钢 的塑 性 及降低脆性转 化温 度均是 有利 的 ， 对

钢来讲800~850℃终轧最为适宜。 3.终轧温度对控轧及控冷16Mn钢板力学性能的影响 图3是终轧温度对控轧及控冷（冷速为15℃/s,终冷温度为550℃）16Mn钢板力学性 能的影响。由图3可见，在控轧控冷的条件下，在850℃终轧时，16Mn钢板的as、g6及 δ。最高，FATT最低。也就是说，在850℃终轧可以得到最佳的综合力学性能。这意味着 16M钢板控轧及控冷时终轧温度要比控轧时的终轧温度略为提高。这是因为降低终轧温度 与增加冷却速度对16M钢的组织结构有交互的复杂影响。这将在下面分析。综合如上实验 结果可以认为，16M1钢板控轧及控冷时的终轧温度以850±20℃为宜。 四、控制轧制及控制冷却对16Mn钢板组织及力学性能的影响 分析不同终轧温度(B、C、D、E四组)及不同冷却速度对组织及力学性能的影响，结 果发现，轧后的冷却速度是影响显微组织及力学性能的主要因素，而轧制工艺参数对组织及性 能的影响较小。B、C、D、E四组的组织及力学性能与冷却速度的关系规律是基本相同的。因 此，我们重点讨论其中一组(C组)来说明冷却速度对组织及性能的影响规律，各组所测性 能数据见表2。 1.冷却速度对显微组织的影响 以850℃终轧的C组结果进行分析，轧后不同冷却速度所得的显微组织如照片7~13所 示，由照片可以看出，随着冷却速度的增大，16M钢的铁素体晶粒尺寸及形状发生了变 化，珠光体形态也发生变化，冷却更快时，组织组成物也发生变化。当冷却速度小于15℃/5 时，为铁素体加珠光体类型组织（照片7~10），当冷却速度大于15℃/s时，组织中的铁素体 晶粒由等轴状逐渐变成针状，珠光体也变细并退化，同时有贝氏体组织出现（照片11~13）。 (1)冷却速度对铁素体晶粒尺寸的影响 随着冷却速度增加铁素体晶粒尺寸变细，大内千秋的工作也证实这点2]。图4表明 850℃终轧后冷却速度对铁素体晶粒尺寸的影响。由曲线可以看出：随着冷却速度的增大， 铁素体晶粒愈来愈细，冷却速度在15℃/s以前，铁素体晶粒显著细化，如在0.13℃/s的冷 速下获得的铁素体平均直径为12.7μm,当冷速达15℃/s时，铁素体平均直径降到5.0μm, 当冷速达到38℃/s时，铁素体平均直径细到3.1μm。由此可见，加速热轧后的冷却速度将 15 15 C组 XB组 ▲D组 ·E组 502一2方30访40 1052025303540 冷却速度，C 冷却速度，°cls 图4冷却速度对铁素体晶粒平均直径 图5冷却速度对铁素体晶粒平均直径 的影响(C组) 的影响(B、D、E三组) 66

钢 来讲 ℃咚轧最 为适宜 。 终 轧沮度对控 轧及 控冷 钢板 力学性能的影 晌 图 是终轧温 度 对控 轧 及控冷 冷速为 ℃ ， 终冷温度为 ℃ 钢板 力学性 能的影 响 。 由图 可见 ， 在控 轧 控 冷的 条件下 ， 在 ℃终轧时 ， 钢板 的 、 。 。 及 乙。 最高 ， 最低 。 也就 是说 ， 在 ℃终轧可 以得 到 最 佳 的综 合力学性能 。 这意味着 钢板控轧 及控冷时终轧 温 度要 比控轧 时 的 终轧 温 度略为提高 。 这是 因 为降低 终轧温度 与增 加冷却溥度对 钢 的组织 结 构 有交互的 复 杂影响 。 这将在下面 分析 。 综 合如 上实验 结 果可 以 认为 ， 钢板控轧 及控 冷 时的 终轧温 度以 士 ℃为宜 。 四 、 控 制轧制及 控 制冷却对 钢板组 织及 力学性能的影 响 分析 不 同终轧温 度 、 、 、 四组 及不 同冷却速度对组织 及 力学性 能的影 响 ， 结 果发现 ， 轧后 的 冷 却速度是影响显微组织 及 力学性 能的 主 要 因素 ， 而轧制 工艺参数对组织 及性 能 的影响较小 。 、 、 、 四 组 的组 织 及力学 性 能与 冷却 速度 的关 系规律是基本相 同的 。 因 此 ， 我们 重点讨 论 其 中一组 组 来 说 明冷 却速度 对组 织 及性 能 的影响规律 ， 各组所测 性 能数据见 表 。 一 冷 却速度对显 微组织 的影晌 以 ℃终轧的 组 结 果 进 行 分析 ， 轧后 一 不同冷 却速度所得 的 显微组 织如照 片 所 示 ， 由照 片可 以 看 出 ， 随着 冷 却 速度 的增大 ， 钢 的 铁素体 晶粒尺寸 及形状 发生 了变 化 ， 珠光体形 态 也 发 生变 化 ， 冷 却更快时 ， 组织组成物也发生变 化 。 当冷却速度 小于 ℃ 时 ， 为铁素 体加珠光 体类型组织 照 片 ， 当冷 却 速度大于 ℃ 时 ， 组 织 中的 铁素体 晶粒 由等轴状 逐渐变 成针状 ， 珠光体也变 细并退 化 ， 同时有贝 氏体组 织 出现 照 片 。 冷 却速度对铁素体晶粒尺寸的影响 随着冷却速 度 增 加 铁 素 体晶 粒 尺寸变细 ， 大 内千 秋的工 作也证实这点 么 。 图 表 明 ℃终轧后 冷却速 度对铁 素体 晶粒尺 寸 的影 响 。 由曲线 可 以 看 出 随着冷 却速度的增大 ， 铁素体晶粒愈来愈细 ， 冷 却速度 在 ℃ 以前 ， 铁 素 体晶粒显著 细 化 ， 如 在 ℃ 的 冷 速下 获得的 铁素体平 均直径 为 件 ， 当冷 速达 巧 ℃ 时 ， 铁素体平 均直径 降到 卜 ， 当冷速达 到 ℃ 时 ， 铁素 体 平均 直径细到 卜 。 由此可见 ， 加 速热轧后 的冷却速度将 组 任 飞 城 组 奋 组 入八 组 魂日﹂ 火 ‘ 一， 图 冷却速度 ， “ 热 冷却速 度对铁素体 晶粒平 均直径 的影响 组 毖 冷却速 度 “ 。 图 冷却速度对铁素体晶粒平 均直径 的影响 、 、 三 组

8的三 8三三：三88曾3品 1111111111111111111111111 0 品品8品的苦苦9器的号g9房}导母斜片时 111111111「111111111I 1111I town=pop∞p 品 品好芦西品寸巴两厨 g090的N9yeN9a96 o 且 HNGOHNin 的寸 oLtto 9口 时s奶go0可时6o时gr 赵m 的Ln的nn的D6的+下D6的m∞o=的4的球N 品昭d品8六8的昭品8 306 pm m9n∞∞m+NNp 思 P ootc 0 22010 N 白 洛 oo L a N+o∞No0∞o一∞KO∞N+ 导 品 →2R 68 ∞N⊙ 的清68店的两时两日9时房的円识时时 6 o如0的op⊙No9po对O的寸 品照莒后后可昭品盼宫启昭培洁信鹏培g 的品丹两两筋手g平9羽g的炉9g对 9 最分 9.99。。68盼。。品F 梁 留 景品品品品弱品免品品品品品色品品邑民日 碟中 的西的的mUU5UUUa'aaa出aii 67

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有效地细化铁素体晶粒。 图5为另外三组(B、D、E)测出的铁素体平均晶粒尺寸与冷却速度的关系曲线。这三 组所得出铁素体晶粒尺寸随冷速增加变化趋势与C组的完全相同。因此，可以说在经不同轧 制工艺增大冷却速度都使铁素体晶粒细化。但当冷却速度大于15℃/s时，铁素体晶粒细化 倾向大为减小。 (2)冷却速度对带状组织的影响 随着轧后冷却速度增加，钢中的带状组织减轻甚至消除]。照片7~13为850℃终轧后 16M钢显微组织随冷却速度增大的变化。比较照片7~10可以看出，当冷却速度达到 4.3℃/s时，带状组织即可完全消除。因为钢中的带状组织往往是由于成份偏析而引起的， 这种枝晶偏析、在变形过程中，富锰区及贫锰区均沿压力加工方向伸长，由于锰含量的不同 引起相变临界点温度的差异，低锰区的奥氏体在较高温度下转变为铁素体，而高锰的奥氏体 要在较低温度下发生奥氏体向铁素体转变，这样就产生转变温度的温差△T(℃)，如当形成 带状组织时其带状间距为d时，当在r时间内碳的扩散距离xD时(D为碳的扩散系数) 带状组织便不会出现【」。因此，采用适当的冷却速度是消除钢中带状组织的极为简便的方 法。 (3)冷却速度对珠光体百分数的影响 图6为C组和D组珠光体百分数与冷却速度的关系曲线，由图6中可以看出：随冷却速度 的增加，珠光体量呈线性增加，冷却速度由0.13℃/s增加到38℃/s时，珠光体百分数 由19.1%增加到44.9%。冷速增大使珠光体数量增加的原因是大家所共知的，即随冷却速度 增加，钢中伪共析组织数量增大。 图7为另两组(B、E组)所得出的结果，比较图6与图7可以看出，D组和C组相同，珠 光体数量随冷速增大呈直线增加，而B组和E组却呈曲线关系，但总的变化趋势仍是珠光体 数量随冷却速度增大而增加的。在15~20℃/s区间，珠光体量有点下降的原因尚有待于进 一步研究。 随着冷却速度增大，珠光体的形貌也有所变化，由照片14~16可以看出，珠光体不仅变 细而且发生退化，形成退火珠光体。当冷却速度大于22℃/s后，珠光体几平全部退化成退 ×C组 45 ·D组 %B组 ·E组 2 10152025303540 0站20右如 神却违度，C1S 冷却速度，C/S 图6冷却度度对珠光体百分数的 图7冷却速度对珠光体百分数的 影响(C、D组) 影响(B、E组) 68

有效 地细 化铁素体 晶粒 。 图 为 另外三组 、 、 测 出 的铁素 体平均 晶粒尺寸 与冷却速度的关系曲线 。 这三 组所得出铁素体 晶粒尺 寸 随冷速增加变 化趋势与 组 的完全相 同 。 因此 ， 可 以说 在经 不 同轧 制 工 艺增大冷却 速度 都使 铁素体晶粒细 化 。 但 当冷却速度大于 ℃ 时 ， 铁素体 晶粒细 化 倾 向大 为减小 。 冷却速度对带状 组织的影 响 随着轧后 冷却速度增 加 ， 钢 中的带状 组 织 减轻甚 至 消除 拌 。 照 片 一 为 ℃终轧后 钢显 微组 织 随 冷 却速 度 增 大 的 变 化 。 比 较 照 片 可 以 看 出 ， 当冷却速度达到 ℃ 时 ， 带状 组织 即可完全 消除 。 因为钢 中的带状 组织往往 是 由于成份 偏析而引起的 ， 这 种 枝 晶偏析 在变形过 程 中 ， 富锰 区及贫锰 区均沿压 力加工方 向伸长 ， 由于锰 含量的 不 同 引起相变 临界点温度 的差异 ， 低锰 区 的 奥氏体 在较高温度下转变为铁素体 ， 而高锰 的 奥氏体 要 在较低 温度下发生奥 氏体 向铁素体转变 ， 这样就 产生转变温度的 温差 么 ℃ ， 如 当形 成 带状 组织时 其带状 间距为 时 ， 当在 下 时 间 内碳 的扩 散距 离 飞 的 话 ， 则带状 组织就 不 会出 现 ， 一 也就是说 ， 当冷却速度 、 。 △ ” ， ， 、 、 ， ， ， 一 。 ， 、 、 ，。 、 户 一二 窗 盯 刀恢四 创 献 尔 狱 少 一 带状 组织 便不 会出现 汇“ 。 因此 ， 采 用适 当的 冷却 速度是 消除钢 中带状 组织 的极 为简便 的 方 法 。 冷却速度对珠光体 百分数的影响 图 为 组和 组 珠光 体百 分数 与冷却速度的关 系曲线 ， 由图 中可 以 看 出 随冷却速度 的增加 ， 珠光体量呈线性增 加 ， 冷却 速 度 由 ℃ 增 加 到 ℃ 时 ， 珠 光 体 百 分数 由 增加 到 。 冷速增大使珠光体数量增加 的 原因是 大家所共知 的 ， 即随冷却速度 增加 ， 钢 中伪共析组织数量增大 。 图 为另 两组 、 一 组 所 得 出的结 果 ， 比较图 与 图 可 以 看 出 ， 组和 组相 同 ， 珠 光体数量随冷 速增大 呈 直线 增加 ， 而 组和 组却呈曲线关系 ， 但 总的变化 趋势仍是珠光体 数量 随冷却 速度 增 大 而增 加的 。 在 ℃ 区 间 ， 珠光体量 有点下 降的原 因尚有待于进 一 步 研究 。 随着冷却 速度增 大 ， 珠光体的形貌也有所 变 化 ， 由照 片 、 可 以看 出 ， 珠光体不仅变 细 而且发生 退 化 ， 形 成 退 火珠光体 。 当冷却速度大于 ℃ 后 ， 珠 光体 几乎全部退化成退 共 组 协 组 。 组 ‘…淤喇 丁 亨 一 ’ ’ ’ 二 ’ 加 冷却速度 ， 。 图 冷却度度对 珠光体百 分 数 的 影响 、 组 寸一亩，甘嘴厂东一丽气万 ‘ 冷却速度 ， 图 冷却速度对 珠光体百分 数 的 影响 、 组

化珠光体。 2.冷却速度对控轧及控冷 70 40 16Mn钢板力学性能的彩响 65 70 改变轧制工艺参数，对16Mn钢 60 板力学性能产生一定的影响，但热轧 65 后冷却速度的变化则对16Mn钢板的 60 力学性能产生明显的影响，梶睛男等 05 人工作都证明这一点【)，图8为C组 20 0 力学性能与冷却速度的关系曲线。 由图8可以看出：钢的屈服强度及 抗拉强度均随冷却速度增加而提高， 在冷速低于20℃/s时，三者几乎是平 015—202030 行地增加，但当冷却速度大于20℃/s C组 冷盆速成，CiS 后，钢的抗拉强度增加得更大。冷却 图8C组轧后冷却速度对性能的影响 速度对△口s和△σb的影响见图9所示。 由图9可以看出△σs随冷却速度增大 基本上呈线性地（按一个速率）增长， △0b 因为钢的屈服强度主要决定于铁素体 曾 晶粒尺寸(d12),铁素体晶粒愈细， 钢的屈服强度愈高，这与图4中铁素体 △08 晶粒尺寸随冷却速度增加而逐渐减小 是相符合的。由图8及图9可见，在冷 却速度大于22℃/s以后，钢的抗拉 强度及△σ，提高较显著，其原因除了 铁素体晶粒细化作用外，主要是由于 珠光体相对量增加、珠光体的细化以 202530—350 C组 冷却速度，C1S 及少量粒状贝氏体的形成。当冷却速 度达到38℃/s时，出于有较多的贝 图9冷却速度对△σs,△o。的影响(C组) 氏体组织出现，钢的抗拉强度提到更 其B组 高水平。森川等的工作认为：控制冷 55 aC组 却作用中，碳促进固溶强化的作用也 ·D组 50f 是不可忽视的【]。对照图6珠光体百 ◆E组 分数的变化可以更清楚地看出珠光体 望 45 数量对抗拉强度的影响。可以认为： 40 16Mn钢的抗拉强度主要受珠光体数 35 登的影响，钢中贝氏体出现会使强度 进一步提高。 81012141618 图10为B、C、D、E四组钢的屈 dr,mm- 服强度与D!/2呈线性关系图。将本 图10os与dr1的关系(B、C、D、E组) 实验中的屈限强度与缺茶体晶粒的 69

日 巨。 万肠巧 聋 ” 之 勺一 心反 苏 。月‘‘ 二 目 盈 」 月 ， 到 组 冷 部 速 红二 了 图 组 轧后 冷却速度对性能 的影 响 响一日的‘ 洲 八幼 心 化珠光体 。 冷 却 速 度 对 控 轧 及 控冷 钢板 力学性能 的影 响 改变轧 制 工艺 参数 ， 对 钢 次 板 力学性 能产生一定的影响 ， 但热轧 沃 后冷却速度的变 化则对 钢 板的 力学性 能产生 明显 的影响 ， 棍睛男 等 人 工 作都 证 明这一点 〔 ‘ 〕 ， 图 为 组 力学 性能与冷却速度的关系曲线 。 由图 可 以 看 出 钢 的屈 服 强度及 抗拉 强度均随冷却 速度增加而提高 ， 在冷 速低 于 ℃ 时 ， 三 者 几乎是平 行 地增 加 ， 但 当冷却速度 大于 ℃ 后 ， 钢 的 抗拉 强度增加得 更大 。 冷却 速度对△ ‘ 和 △ 。 的影响见 图 所示 。 由图 可以看出△ 随冷 却速 度 增 大 基本 上呈 线 性地 技 一 个 速 率 增 长 ， 因为 钢的屈 服 强度主 要决定 于 铁素体 晶粒尺寸 一 ‘ “ ， 铁素体 晶粒愈细 ， 钢的屈 服强度愈高 ， 这 与 图 中铁素体 晶粒尺 寸 随冷 却速度增 加而逐渐减小 是 相符合的 。 由图 及 图 可见 ， 在冷 却速度大于 ℃ 以后 ， 钢 的 抗 拉 强度 及 △ 提高较显著 ， 其原 因除 了 铁素体 晶粒 细 化作用外 ， 主 要 是 由于 珠 光体相 对量 增 加 、 珠光体的 细 化以 及少量粒状 贝 氏体的形成 。 当冷却速 度达到 ℃ 时 ， 由于有较 多 的 贝 氏体组织 出现 ， 钢 的 抗拉 强度提到更 高 水平 。 森川 等 的 工 作 认为 控 制 冷 却 作用 中 ， 碳促 进 固溶 强 化的 作用 也 是不 可忽视 的 汇” 。 对照 图 珠光 体百 分数的 变 化 一 可以 更清楚 地 看 出珠 光体 数量对抗拉 强度的 影响 。 可 以 认为 钢 的抗 拉 强度主 要受珠光体数 量 的影响 ， 钢 中贝 氏体出现 会使强度 进 一 步提高 。 图 为 、 、 、 四 组钢 的屈 服 强度与 一 ‘ “ 呈 线 性关系 图 。 将 本 实验 中的屈 服 强度与 铁 素 体 品 粒 的 著 叼 组 冷却速度 ， “ 图 冷却速度对△ ， 么 的影响 组 成 组 组 组 组 州 尸 戈了 “ 沪 二 花 李，， 闰︸助。日 ·日肠朽拍肠 甘 ， 。 一 ，︺ ，二 通 人 ，儿 班 图 与 一 ‘ “ 的关 系 、 、 、 组

d。12关系经回归分析，得出如下关 系式： ,B组 gs=27.8+0.96d=1/2 。C组 D组· 式中d:为铁素体平均晶粒直径，本 日二 4E组 65 关系式的相关系数为r=0.82。由这 个关系式可以看出：增大冷却速度使 660 44 d。12增加，是引起钢的屈服强度提 55 高的主要原因。 珠光体百分数对抗拉强度的影响 22 2732 370 45 如图11所示(B、C、D、E四组)，在冷却 森光体百分数，P% 速度小于35℃/s时，抗拉强度与珠 图11珠光体百分数对抗拉强度的影响 光体百分数(P%)关系式如下： 0b=46.6+0.29P%。关系式的相关系数r=0.81。 由图11及关系式可见，钢的抗拉强度随珠光体百分数增加呈直线增大，珠光体量大于33% 以后抗拉强度急剧提高，其原因可能与粒状贝氏体的形成有关。因此可以认为：16Mn钢板 热轧后快冷，是提高钢的抗拉强度非常有效的方法。 由图8还可以看出，钢的延伸率及断面收缩率总的变化趋势是：随冷却速度增大而下降。 当冷却速度小于5℃/s时，延伸率基本不变，而断面收缩率随冷速增大而上升，冷却速度 大于20℃/s以后，延伸率及断面收缩率均显著降低。 以上是以C组为主进行的讨论，另外三组力学性能与冷却速度的关系与C组的变化趋势 相同。力学性能与冷却速度的关系曲线见图12~17，这里就不再进行讨论。 日。 55 55 70 50 35 65 65 5 30 60L 40 25 35 0 一202$3035 510152025 D组 冷却速度，C1S B组 冷却速度，C/S 图12B组冷却速度和力学性能的关系 图13D组冷却速度和力学性能的关系 随着冷却速度度增加，由于引起铁素体晶粒细化、珠光体相对量增加及细化，以及贝氏 体组织的出现，反映在硬度值(HRB)上是：16Mn钢的硬度随冷却速度增加而提高，如 图18、19所示，当冷却速度小于2.5℃/s时，硬度随冷却速度增大而急剧升高，当冷却速度 大于2.5℃/5以后，硬度随冷却速度的增大基本呈直线规律增加。 16M钢冲击韧性随冷却速度的变化关系如图20所示，当冷速小于1℃/s时，随冷却速 70

勺汉︸。日切已月 一 ’ “ 关系经 回归分析 ， 得出如下关 系式 一 ’ “ 式 中 为铁素体平均 晶 粒 直 径 ， 本 关系式 的 相关 系数 为 。 由 这 个关 系式 可 以 看出 增 大冷却速度使 一 ‘ “ 增 加 ， 是 引起钢 的屈 服 强度提 高的主 要原因 。 珠 光体百分数对抗拉 强度 的影响 如 图 所示 、 、 、 四 组 ， 在冷去 速度小于 ℃ 时 ， 抗拉 强 度 与 珠 光体百分数 关系式如下 珠光体百分数 ， 图 珠 光体百分 数对抗拉强度 的影响 。 二 。 关 系式 的 相关 系数 一 。 由图 及关系式可见 ， 钢 的抗 拉 强度随珠光体百分数增 加呈 直线增大 ， 珠光体量大于 以 后抗 拉 强 度急剧 提高 ， 其原 因可 能与粒状 贝 氏体的 形 成有关 。 因此 一 可以 认为 钢板 热轧后 快冷 ， 是提高钢的抗拉 强度非常有效 的 方法 。 由图 还 可 以 看 出 ， 钢 的 延伸 率及断 面 收缩 率 总的变 化趋势是 随冷却速度增大 而下 降 。 当冷 却速度小 于 ℃ 时 ， 延伸 率 基 本 不 变 ， 而 断面 收缩 率随冷 速增 大而 上升 ， 冷 却速度 大于 ℃ 以后 ， 延 仲率及断面 收缩 率均显著 降低 。 以 上是 以 组为主 进 行 的讨 论 ， 另外三 组力学性能与冷却速度的关 系与 组的 变 化趋势 相 同 。 力学性能与冷 却速度的关 系曲线见 图 ， 这 里就 不再进 行讨 论 。 一声 导 次 下一一 少 尹 一一 一 ‘ 一 。 犷 ‘ ‘ 尹产尸一一 奴畏、 ，。 ， 次 一已日 · 书切﹄‘叭 若 刀 翩洲叫幼巧 、一任 。 名助﹄灿。 玉 ”仍 朽翁 宁牙下走卜 一八了户了 次琢 ， 丫 ， 一 夕 。二〕 一 而一一巧尸 飞。 冷却速度 ， 。 组 冷 却速度 ， 。 组 图 组 冷却速度和力学性 能的关 系 图 组 冷却速度和力学性能 的关 系 随着冷却速度度增加 ， 由于 引起铁素体 晶粒细 化 、 珠 光体相对量增加 及 细化 ， 以 及贝 氏 体组织 的 出现 ， 反 映 在 硬 度值 上是 钢 的 硬度随 冷却速度增加 而提高 ， 如 图 、 所 示 ， 当冷却速 度小于 ℃ 时 ， 硬 度随冷 却速 度增 大而急剧 升高 ， 当冷却 速度 大 于 ℃ 以后 ， 硬度随冷却 速度 的增 大基本呈 直线 规律增加 。 钢 冲 击韧 性 随冷 却 速度 的 变 化关 系如 图 所 示 ， 当冷速小于 ℃ 时 ， 随冷却速

70 65 40 35 .490 30 25 20 510152025 10152025303540 B组 冷却速度，·CS 冷却速度，CS. 图14E组冷却速度和力学性能的关系 图15冷却速度对B组△σ、△0。的影响 15 日日。 15h 10叶 10 54 △0s 501520253035 D组 冷却速度，C1S 102020站0 E组 冷却速度，C1S 图16冷却速度对D组△口s,△o。的影响 图17冷却速度对E组△0、△0。的影响 90 ® B 世 85 8 75 75 5101520253040 冷却速度，°cs 冷却遠度，c/s 图18C组、D组随冷却速度增加硬度值 图19B组、E组随冷却速度增加硬度值 (HRB)变化曲线 (HRB)变化曲线 71

勺﹄门钊亡 ︸怕‘日 。 么心心助卜 阅考 、已三 次 的。舀曰勺，月 比﹄们﹄六 名 ‘ 次以、 、 气 二 冷却速度 ， 图 组 冷却速度和 力学性 能的关 系 弓 组 冷却邀度 ， 。 图 冷却速度对 组 △ 、 △ 。 的影响 。 产 渭勺︸切已日劝。卜 日 日 斗， ‘ 脚 扩 心 。，‘ 冷却速度 ， 。 一组 图 冷 却速度对 组 △ 、 △ 。 的影 响 组 图 冷却速度 ，。 冷却速度对 组 △。 、 △ 。 的 影响 一 ， ‘ 。 「 一－ 一 －－ 一 一 公国山 ， 附侧 卜 匀 国口国 护 冷铡 冷却速 度 ， 。 图 组 、 组 随冷却速度 增加 硬度值 诬 变化 曲线 冷却速 度 ， 。 图 组 、 组 随冷却速度增加 硬度值 变化 曲线

度增加冲击韧性上升，当冷却速度大于1℃/s以 后，室温冲击值缓慢下降，~40℃冲击值变化 20 复杂，但冷速小于22℃/s时降低很少，-70℃ 室温 及-90℃ax几乎不随冷速变化，并分别保持在 -40C 10kgf-m/cm2及7.2kgf·m/cm2水平。 4-0c 冷却速度对断口形貌脆性转化温度FATT -90 的影响如图21所示，由图21可见，C、D、E三 组冷却速度由0.13℃/s增到1℃/s,FATT从 -22℃急剧下降到-44℃左右，冷速由1℃/s 增到24℃/sC组E组FATT基本不变，保持在 方1015202530350 C组 -44℃水平，D组降得更低，当冷却速度大于 冷却速度，CS 2I℃/s后，FATT随令却枣变的增大而缓慢 图20冷却速度对各试验温度aK值的影响 升高，B组道冷却惠复首大了ATT降低.但FAT「降低爱漫，而且处于较高的温度。 冷却速度对ITT。的影响如图22所示，当冷却速度在1℃/s~4.5℃/5范围，随冷却速度 增大，ITT。急剧下降，再增大冷却速度，ITT。基本不变，保持在-105℃左右，这就表明 16Mn钢板经过控轧及控冷后，甚至在-105℃的低温下仍能保持6kgf·m/cm2的高冲击值。 日B组 组 -40 D组 E组 一E组 AC E B 100 -120 1015202药303540 0方202503540 冷却速度，C/ 冷却速度，C/S 图21冷却速度对FATT的影响 图22冷却速度和ITT。关系 五、结 论 根据以上实验结果，得出如下几点初步结论： 1.适当降低16M钢板的终轧温度，对提高屈服强度及塑性是有利的，并且可以降低 脆性转变温度，而只使强度极限略有提高趋向。16M1钢板控制轧制的终轧温度控制在800~ 850℃较为适宜。 2.控轧后随着冷却速度的增大，钢板的屈服强度、抗拉强度及硬度均提高，延伸率下 降，断面收缩率在小于1℃/s以下随冷速增大而提高，大于1℃/s后缓慢下降，冲击韧性则 随冷速增大缓慢下降，冷速小于1℃s/以前随冷却速度增大FATT降低，直到20℃/s的冷 速FATT均处在-40℃以下(B组FATT在-30~-40℃)。 72

日日。 · 训切 度增加 冲击韧性 上升 ， 当冷却速度大于 ℃ 以 后 ， 室温 冲击值 缓 慢下 降 ， 一 。 ℃ 冲击 值 变化 复杂 ， 但冷 速小于 ℃ 时 降低 很少 ， 一 ℃ 及 一 ℃ 几乎不随冷速变化 ， 并 分别保 持在 · 。 “ 及 。 么 水平 。 冷却速度对断 口 形貌脆性 转 化温度 的影响如 图 所示 ， 由图 可见 ， 、 、 三 组冷 却速 度 由 ℃ 增 到 ℃ ， 从 一 ℃急剧下 降到 一 ℃ 左右 ， 冷 速 由 ℃ 增 到 ℃ 组 组 基本不变 ， 保 持 在 一 ℃ 水平 ， 组降得更低 ， 当 冷却速 度 大 于 工℃ 言 ， 卫道令 却 塞变 的 嘈大而 缓 漫 洽象 组 冷却速度 ， 。 图 冷却速度对各试验 温度 值 的影 响 升高 ， 组 道 令 却 求 变 曾大 了 乃泽 氏 但 条厌 爱 曼 而 且 处 于较 高的 温 度 。 冷却速度对 。 的影响如 图 所示 ， 当冷却速度 在 ℃ ℃ 范 围 ， 随 冷却速 度 增大 ， 。 急剧下 降 ， 再 增 大冷 却速度 ， 。 基本不 变 ， 保持在 一 ℃左右 ， 这就 表 明 钢 板经 过 控 轧 及控 冷后 ， 甚 至在 一 ℃的低温下 仍能保持 “ 的高 冲击 值 。 入 叮计呱‘ 七六祖丹通 一一一 。 ‘ 工卜洲 组 态 组 组 盆 日组 、 如 。 通，‘，」内 八切︸的 ︸一 。 ， 卜碱灿 一 一 ， 一 止 一 通。 冷却速度 ， 。 乞 图 冷却速度对 的影 响 冷却速度 ， 。 厂 图 冷却速度和 。 关系 五 、 结 论 根据 以 上实验结果 ， 得 出如下 几点初 步结论 适 当降低 钢 板的 终 轧温度 ， 对提高屈服强度 及塑性是有利的 ， 并且可 以降低 脆性 转变温度 ， 而只 使 强度极 限略有提高趋向 。 钢板控制 轧制 的终轧温度控 制在 ℃ 较为适宜 。 控轧后随 着冷却速度 的增大 ， 钢板 的屈 服强度 、 抗拉 强度 及硬度均提高 ， 延伸率下 降 ， 断面 收缩 率在 小于 ℃ 以下随 冷速增大而 提高 ， 大于 ℃ 后 缓慢下 降， 冲击韧 性 则 随冷 速 增 大 缓 慢下 降 ， 冷速 小于 ℃ 以前 随冷却速度增大 降低 ， 直 到 ℃ 的 冷 速 均处在 一 ℃ 以 下 组 在 一 一 一 ℃