控制轧制和控制冷却4C船板的组织和冷脆性

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.03.005 北京钢铁学院孿报 1982年第3期 控制轧制和控制冷却4C船板的组织和冷脆性 金相教研室李文卿 摘 要 本文研究了轧制工艺参数（奥氏体化温度、道次压下率及怒轧温度）对低碳钢 板(4C船板)轧后铁素体晶粒平均直径和脆性转化温度的影响及后二者之间的相 互关系。实验结果表明：这些轧制工艺参数中整轧温度起主要作用，它决定了轧后 铁素体晶粒平均直径、脆性转化温度及一40℃时的冲击韧性，在约800℃格轧，效 果最好。 本文也研究了轧后快冷时间及冷却速度对低碳钢板的组织和脆性转化温度的影 响。实验结果表明，延长快冷时间及加快冷却对轧后组织产生复杂影响：使魏氏组 织级别加，使伪共析珠光体量增加，使珠光体退化及细化。这样复杂的组织变 化，对脆性转化温度带来复杂的影响，结果表明，快冷时间及冷却速度都有一定 限度。本文对低碳钢中珠光体的退化及珠光体形态作了一些研究。根据所得到的实 验结果，关于控制轧制及控制冷却对低碳钢板的组织和冷脆性的影响，得出七点结 论。 钢材的控制轧制工艺，是钢的形变热处理工艺的一种，在国外已广泛应用于热轧板带材 的生产，取得良好的效果一！，在我国目前尚处于试验研究阶段。武汉钢铁公司轧板厂过 去生产的4C船板热轧性能合格率低，历史最好水平只有31.1%[」。在不合格的68.9%中， 有85%是横向U型缺口冲击试样低温(-40℃)冲击韧性低于标准要求的3.0kg·m/cm2。 根据Hall-Petch7·]式及Petch is)式可知，对于低碳铁素体-珠光体型钢，细化铁素体 晶粒是提高σ，同时降低脆性转化温度以提高低温冲击韧性的重要组织因素，而控制轧制则 是使热轧铁素体一珠光体型钢铁素体晶粒细化的最经济的、有效的生产方法。用控制轧制法 生产4C船板，可以取消轧后正火，节约热能，降低成本，并能提高4C船板的综合机械性 能水平和表面质量。 北京钢铁学院控制轧制科研组与武汉钢铁公司轧板厂合作，从1978年初就开始研究主要 轧制工艺参数对低碳钢(4C)的形变奥氏体的再结晶及再结晶后的晶粒大小的影响，以及 对轧后铁素体组织和性能的影响规律【10一11，为武汉钢铁公司轧板厂提高4C船板热轧性 能合格率提供了轧制工艺参数。武汉钢铁公司轧板厂应用实验研究成果，结合该厂的具体情 况，于1979年8~10月应用再结晶区控制轧制法连续生产4C船板57炉、105罐、638批，共 计15,000吨。热轧性能合格率达到69.01%，比历史最好水平31.1%提高了37.91%【1，其 中14mm4C船板的热轧性能合格率为81.29%，16mm钢板为87.08%，而18mm钢板则为 49

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 控制轧制和控制冷却 船板 的组织和冷脆性 金 相教研 室 李文娜 摘 要 本 文研 究 了 轧制工 艺参数 奥 氏体化 温 度 、 道 次压 下 率及终 轧温 度 对低 破钢 板 船 板 轧后铁 素体晶粒 平 均直 径和脆 性转化 温度 的影 响及 后 二 者之 间的相 互 关 系 。 实验 结果表 明 这 些轧制工 艺参数 中终 轧温 度起主要作用 ， 它决定 了轧后 铁 紊体 晶粒 平 均直径 、 脆 性转化 温 度 及 一 ℃ 时的冲 击 韧 性， 在 约 ℃ 终 轧 ， 效 果最好 。 本 文也 研 究 了轧后 快冷 时 间及 冷 却速度对低 碳钢 板 的组 织 和脆性转 化 温 度 的影 响 。 实验 结果表明 ， 延 长 快冷 时 间及 加 快冷却对 轧后 组 织 产 生复杂影 响 使 魏 氏组 织 级 别 喻 加 ， 使 伪共 析 珠光体量 增 加 ， 使 珠 光 体退 化 及 细 化 。 这 样 复 杂的组 织 变 化 ， 对脆性转化温 度 带 来 复杂的影 响 。 结果 表明 ， 快冷 时间及冷却 速度都有一 定 限度 。 本 文对低 碳钢 中珠光体 的退 化 及 珠光体形 态作 了一 些研 究 。 根据所 得 到的实 验 结果 ， 关 于 控制轧制及 控制冷却对低 碳钢板 的组 织 和冷脆 性 的影 响 ， 得 出七 点结 论 钢材 的控 制 轧制工 艺 ， 是 钢的形变热处理工 艺 的一种 ， 在 国外 已广 泛 应 用 于热 轧板带材 的生产 ， 取得 良好 的效 果 ‘ 一 已’ ， 在我国 目前尚处于 试验研究阶段 。 武 汉 钢 铁公司 轧板厂 过 去生产 的 船板热 轧性 能合格率低 ， 历史 最好水平只 有 。 在 不 合格的 中 ， 有 是 横 向 型缺 口 冲击试样 低温 一 ℃ 冲击韧性低于标准要求 的 ’ 。 根据 一 了二 式 及 〔“ 式可 知 对于低碳 铁素体 一 珠光体型钢 ， 细 化 铁素体 晶粒是 提高 同时 降低 脆性转 化温度 以 提 高低 温 冲击韧性的重要 组织 因素 ， 而控 制轧制则 是使热 轧 铁素体 一 珠光体型 钢 铁素体晶粒 细 化的 最 经济的 、 有效 的生 产方 法 。 用 控 制轧制 法 生产 船板 ， 可 以 取 消轧后 正 火 ， 节约热 能 ， 降低成本， 并 能 提高 船板 的综 合机械性 能 水平和 表面质量 。 北京钢 铁学院控 制 轧制 科研 组与武汉钢 铁公司 轧板 厂 合作 ， 从 年初就 开始研 究主要 轧 制工 艺参数对低碳 钢 的形 变奥 氏体 的再结 晶及再 结 晶后 的 晶粒大小的影 响 ， 以 及 对轧后 铁 素体组织 和性能 的影 响 规律 ’ 卜 ’ 名】 ， 为武汉 钢铁公司轧板厂 提高 船板热 轧性 能 合格率 提供 了轧 制工 艺参数 。 武汉 钢铁公司 轧板 厂应 用实验研究成果 ， 结 合 该 厂 的具体情 况 ， 于 年 月应 用再结 晶 区控制轧制法连 续生 产 船板 炉 、 罐 、 批 ， 共 计 ， 吨 。 热 轧性 能 合格率达 到 ， 比历史 最好水平 提 高 了 ， 其 巾 船板 的热 轧性能合格率为 ， 钢板为 ， 而 钢板则为 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．03．005

72.22%,但厚度大于20mm钢板热轧合格率仍较低1。 为了进一步确定控制轧制各工艺参数的作用，以便进一步了解低碳钢（4C)控制轧制 的基本规律，在以前的科研及批量生产的基础上，本文又对控制轧制各主要工艺参数及控制 冷却制度对多道轧制4C船板的组织和冷脆性的影响进行了实验研究和总结13,11。 一、实验方案的设计及实验方法 实验用钢为武汉钢铁公司提供的，其化学成分为0.135%C,0.226%Si,0.61%Mn, 0.015%P,0.037%S,0.15%Cu,0.013%酸溶A1,0.0045%N。在实验室320mm二辊 轧机上由30mm板坯纵向轧成12mm钢板。 为了得到不同尺寸的轧前奥氏体晶粒，板坯的加热温度选择1100℃、1150℃、1200℃和 1250℃。板坯在炉内达到规定的奥氏体化温度后，保温30分钟。道次压下率选择15%、20% 和25%三种（轧制道次分别为六道、四道及三道）。开轧温度根据加热温度及预冷温度不同 而变化在1070°~1190℃范围内，终轧温度在780°~910℃范围内，个别的终轧温度选择730℃ 和660℃。在轧制过程中，用WFH-70型红外辐射温度仪测量钢板表面温度，对于30mm钢 板，空冷时钢板表面温度比中心温度低40~50℃，而对12mm厚的钢板，则表面与中心温度 相差20°~30℃。也研究了最后小压下率(<10%)轧制道次对热轧钢板的组织和冷脆性的 影响。 轧后空冷的冷却速度为1.4℃/秒（相当于12mm钢板空冷）和0.46℃/秒（相当于24mm 钢板空冷时中心的冷却速度)，轧后水冷在850°~680℃之间的平均冷却速度分别为14℃/秒、 21℃/秒、49℃/秒和55℃/秒等。也研究了在相同冷却速度(55℃/秒)下快冷不同时间的作 用。冷却速度是以焊接在板厚中心的热电偶测定的钢板厚度中心的冷却速度。为了研究珠光 体形态本身对冷脆性的影响，设计了在850°~730℃（在Ya转变区间）空冷，然后水冷到 约500℃的冷却制度。 对所有工艺的钢板测定了U型缺口横向试样在常温、0℃、-20℃、-40℃、-55℃的 冲击韧性及断口中韧性部分面积百分数，以断口上韧性部分占50%面积的对应温度为断口 形貌脆性转化温度，标以FATT(℃)，以ax=3.0kg·m/cm2所对应的试验温度作为ITT (℃)。用定量金相法测定轧后铁素体晶体平均直径(d)及珠光体面积百分数(P%),用透 射电镇研究了轧后快冷试样组织中的珠光体形貌（形态）及低温终轧船板铁素体晶粒内的亚 结构。 二、实验结果及分析 根据组织分析及性能测定结果做出以下的图1一8。现就控制轧制各工艺参数及轧后冷却 制度对轧后组织和冷脆性的影响分折如下。 (一)轧制工艺参数对低碳钢板组织和冷脆性的影响 1.加热温度对轧后铁素体晶粒尺寸的影响 加热温度（奥氏体化温度）对轧后铁素体晶粒大小的影响如图1所示。加热温度不同， 决定了轧前奥氏体晶粒尺寸不同。因此，图1的实验结果相当于控轧生产中最后第四道前的 奥氏体晶粒尺寸对轧后铁素体晶粒尺寸的影响。可见，如果进行四道次轧制，每道次压下率各 50

， 但 厚度大 于 钢板 热 轧 合格 率仍较低 ’ 。 ‘ 。 为 了进 一 步确定 控 制轧 制 各工 艺参数 的作用 ， 以便进一 步 了解低碳 钢 控 制轧 制 的 基本 规律 ， 在 以前的 科研 及批量生产 的 基 础 上 ， 本文 又 对控 制轧 制 各主 要工 艺参数 及控 制 冷却制 度对多道轧 制 船板 的组织 和 冷脆性 的影 响进 行 了实验研 究和 总结 「‘ ， ’ ‘ 。 一 、 实验 方案 的设 计及 实验方法 宝聆 甲钢为武汉钢 铁公司 提供 的 ， 其 化学成分为叮 ， ， ， ， ， ， 酸溶 ， 。 在实验 室 小 二辊 轧 机 上由 板坯纵 向轧成 钢板 。 为 了得 到不 同尺 寸的 轧前奥氏体 晶粒 ， 板坯的 加热 温度选择 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和 ℃ 。 板 坯在 炉 内达 到规 定的奥氏体化温度后 ， 保 温 分钟 。 道 次压 下率选 择 、 和 三 种 轧 制道次 分别为六道 、 四道 及三道 。 开轧温 度根据加热 温度及预 冷温度不 同 而变化在 。 ℃ 范 围内 ， 终轧 温 度在 。 ℃ 范 围 内 ， 个 别 的终轧 温度选择 ℃ 和 “ 。 ℃ 。 在轧制过程 中 ， 用 一 型红外辐射温度仪 测量 钢板表面 温度 ， 对于 钢 板 ， 空 冷时钢板 表面 温度比 中心 温度低 ℃ ， 而对 厚 的钢板 ， 则 表面 与 中心 温度 相差 。 ℃ 。 也研 究 了最后 小压 下率 轧 制道 次对热轧 钢板 的 组织和 冷脆性的 影响 。 轧后 空 冷的 冷却速度为 ℃ 秒 相 当于 钢板 空 冷 和 ℃ 秒 相 当于 钢板 空 冷时 中心 的 冷却速度 ，轧后 水冷在 。 。 ℃ 之 间的平 均冷却速度分别为 ℃ 秒 、 ℃ 秒 、 ℃ 秒 和 ℃ 秒 等 。 也研 究 了在 相同冷却速度 ℃ 秒 下快 冷不 同时间的作 用 。 冷却速度是 以焊接在板厚 中心 的热 电偶 测定的钢板 厚度中心 的冷却速度 。 为 了研究珠光 体形态 本身对冷脆性的 影 响 ， 设计 了在 。 ℃ 在 丫， 转 变区间 空冷 ， 然后 水冷到 约 ℃ 的冷 却制度 。 对所有工 艺 的 钢板 测 定了 型缺 口 横向试样在常温 、 ℃ 、 一 ℃ 、 一 ℃ 、 一 ℃ 的 冲击韧 性及断 口 中韧 性部分面 积百 分数 ， 以断 口 上韧性部分 占 面 积 的 对应 温 度为断 口 形貌脆性转化温度 ， 标 以 ℃ ， 以 二 ’ ， 所 对应 的试 验温度作为 ℃ 。 用 定童金 相法 测定轧后 铁素体晶体平 均直径 及珠光体面积 百分数 ， 用 透 射 电镜研 究了轧后 快 冷试样 组织 中的 珠光体形 貌 形态 及低温 终轧 赔板铁素体晶粒 内的 亚 结构 。 二 、 实验 结果及 分 析 根据组织 分析及性能 测定结果做 出以 下的图 。 现 就控 制 轧制 各工 艺参数 及轧后 冷却 制度对轧后 组织和 冷脆性 的影响 分析如 下 。 一 轧制工 艺今橄对 低暇切板组 组 和冷脆 性的形 晌 加热 温度对轧后 铁素体 晶粒尺 寸的影响 加热 温度 奥氏体化温度 对轧后 铁素体 晶粒大小的影响如图 所示 。 加热 温度 不 同 ， 决 定 了轧 前奥氏体 晶粒尺寸 不同 。 因此 ， 图 的实验结果 相 当于 控 轧生 产 中最后 第 四道前 的 奥 氏体晶粒尺 寸对轧后 铁素体 晶粒尺 寸的影响 。 可见 ， 如 果进行 四道次轧制 ， 每道次压 下率 各

为20%，终轧温度为800°~820℃， 则轧前的奥氏体晶粒大小几平不影响 轧后铁素体晶粒平均直径，但如果终 17 轧温度较高(860°~900℃)，则四道 轧制尚不能完全消除原始奥氏体晶粒 1 -- 尺寸差异所起的作用，但轧后铁素体 线乳温度60~00℃ 15 晶粒尺寸差异已经不大。以上结果说 14 明，控轧生产中即使二辊粗轧尚不能 帝 终礼■度800420℃ 消除加热温度不同所引起的晶粒尺寸 13 2 24 差异，但只要在四辊精轧机上在适当 1 1100 1150 1200 120 温度进行四道次以上的压下率为20% 的轧制，就基本上可消除轧前奥氏体 知热温度(C) 晶粒大小不同所造成的差异。 图1热轧低碳钢板的铁素体晶粒平均直 2.终轧温度对轧后铁素体晶粒 径(d)与加热温度（保温30分钟） 平均直径的影响 之间的关系。由30mm板坯四道次 轧成12mm钢板（每遵次压下率 图2是多道次轧制后铁素体晶粒 为20%)，轧后空冷（纵标半径应 平均直径与终轧温度之间的关系。可 为直径) 见，随终轧温度降低，轧后铁素体晶 22 粒逐渐细化。尽管加热温度在1100° 三道轧解（每道压下率5%） ~1250℃范围内变化，道次压下率在 20 ● 四道轧射（每道压下率0的） 六道札（每减压下率15%） 15~25%范围内变化，但轧后空冷钢 185 △在760C以下还有 31e 道制 板的铁素体晶粒平均直径都随终轧温 16 度下降而不断减小，其波动值约为 011 ±0.8μm。在900℃终轧时，铁素体 1 07 晶粒平均直径为17.3~18.7μm(见 2%9 12 10 照片1)。820℃终轧的9号工艺的铁素 意 36 10以 体晶粒平均直径约为13μm(见照片 2)。终轧温度降低到约800℃时，铁素 880690720750780810840870993000 体晶粒直径减小到11.6~12.4μm。 终轧温度（℃》 当总变形量相同（约为60%）时，由 图2轧后空冷的12mm4C船板的铁素体晶 约950℃开始，到约800℃为止，终轧 粒平均直径(d)与整轧温度之间的关 温度每降低50℃，可使轧后铁素体晶 系（图中的数字为实验中的工艺序号） 粒平均直径减小约3μm。这与单道 次轧制时所得到的结果基本上是一致的11。在约800℃终轧时，轧后铁素体晶粒最细。 此钢的变形奥氏体的再结晶温度为860°~880℃【1】，相当于本实验中的表面温度840~ 860℃，其Ar3点温度为815~825℃【11，相当于本实验中的800℃。因此，在850°~800℃ 终轧后铁素体晶粒得到有效的细化，显然是由于在再结晶区轧制的基础上又利用了未再结晶 区轧制的有益作用的结果。比较照片1与照片2可见，在其它条件相同的情况下，终轧温度 从900℃降低到820℃（从再结晶区终轧过渡到未再结晶区终轧），可使轧后铁素体晶粒细化 5μm。 51

弓 勺 此乳扭应 吵幼竺 长钱那娜升匆补坦八书日二 为 ， 终轧 温 度为 ” ℃ ， 则 轧前的 奥 氏体 晶粒 大 小几 乎 不影 响 轧后 铁素体 晶粒 平 均直 径 ， 但如 果终 车 温度较高 。 ℃ ， 则 四 道 轧 制 尚不 能完 全 消除原 始奥 氏体 晶粒 尺 寸差 异所 起 的作 用 ， 但 轧后 铁素体 晶粒尺 寸差异 已 经 不大 。 以 上结果说 明 ， 控 轧生 产 中即使二辊 粗轧尚不 能 消除加热 温度 不 同所 引起 的 晶粒尺 寸 差异 ， 但 只要 在 四 辊 精轧机 上在适 当 温度进 行 四 道次 以 上的压 下率 为 的 轧制 ， 就 从 本 上可 消除 轧前奥氏体 晶粒大小 不 同所造 成 的 差异 。 终轧 温度对轧后 铁素体 晶粒 平 均直径 的 影 响 图 是 多道次 轧 制后 铁素体 晶粒 平 均直 径 与 终轧 温度之 间的关系 。 可 见 ， 随终轧温 度降低 ， 轧后 铁素体 晶 粒逐渐 细 化 。 尽管 加热 温度在 “ 。 ℃ 范围 内变 化 ， 道次压 下率在 范 围 内变 化 ， 但轧 后 空 冷钢 板 的 铁素体 晶粒 平 均直 径都 随 终轧 温 度下 降 而不断 减小 ， 其 波动值 约为 士 卜‘ 。 在 ℃ 终轧时 ， 铁素体 晶粒平 均直 径为 协 见 照 片 。 ℃ 终 轧 的 号工 艺 的 铁素 体 晶粒平 均直径 约为 协 见 照 片 。 终轧 温度 降低 到约 ℃ 时 ， 铁 素 体 晶粒直 径 减小 到 卜 。 当总变形量 相同 约为 时 ， 由 约 ℃ 开始 ， 到约 ℃为止 ， 终轧 温度每降低 ℃ ， 可使轧后 铁素体 晶 粒平 均直 径 减小 约 卜 。 这 与单道 ‘ 叻 加热扭度 ’ 图 热轧低 碳钢板 的铁素 体 晶粒 平 均直 径 与加 热 温 度 保 温 分 钟 之 间的关 系 。 由 板 坯 四 道 次 轧成 钥板 每 道 次 压 下 率 为 ， 轧后 空冷 纵 标半径 应 为直 径 ” 瓜 卜 誉 三遨札创 道压下率肠 》 四遨轧翻 每道压下率 》 … 《每道压下率场 瑞 舀 ” ︵三 通，二，占二几﹄口几甘 买玲娜吧︶期侧长缺那魏 和 刃 终轧通度 ℃ 图 轧后 空冷 的 船 板 的铁素体 晶 粒 平 均直径 与酪 轧温度 之 间的关 系 图 中的数字为 实验 中的工 艺序号 次 轧 制时所得 到 的 结 果基本 上是一致 的 〔 ‘ “ 。 在 约 ℃ 终轧 时 ， 轧 后 铁素体 晶粒最 细 。 此 钢 的 变形奥 氏体 的 再结 晶温度为 。 ℃ ‘ 。 】 ， 相 当于 本 实验 中的 表面 温度 ℃ ， 其 点 温 度为 ℃ ‘ 。 ， 相 当于 本 实验 中的 ℃ 。 因此 ， 在 。 ℃ 终轧 后 铁 素体 晶粒得到 有效 的 细 化 ， 显然 是 由于在 再 结 晶 区轧 制的 基 础 上又利用 了 未再 结晶 区轧 制 的有益作用 的 结果 。 比较照 片 与照片 可 见 ， 在 其它条件 相 同 的情 况下 ， 终轧 温 度 从 ℃ 降低 到 ℃ 从再 结 晶 区终轧过渡 到未再 结 晶 区终轧 ， 可使轧后 铁素体 晶粒 细 化 林

值得注意的是：终轧温度降低到780℃上下，轧后铁素体晶粒比800℃终轧的晶粒要粗 大，并且有的铁素体晶粒略向轧制方向伸长（见照片3）。这是由于某些经受临界程度变形 的铁素体晶粒发生了再结晶粗化的结果【：」。显微组织观察发现，终轧温度低于730℃时， 不少铁素体晶粒沿轧制方向被拉长。这说明是先形成铁素体之后又进行两道轧制，终轧温 度大大低于A「s点。降低到Ar3点以下的前一道次的轧制温度，对于29号及30号试样均为 950℃，因而29号及30号试样的铁素体晶粒大小就相当于950℃终轧后的晶粒大小（见图2）。 这说明在A「：点以下的铁素体的再结晶温度以下的轧制，只能使铁素体晶粒沿轧制方向伸 长，而并不使其粗化或细化。这是因为在本实验条件(A「3点以下的两道轧制的温度均低于 760℃)下，变形的铁素体并未发生再结晶过程，但可发生回复而形成多边化亚晶（见照片 4)。 20 由图2可以看出，在加热温 ●30 度、道次压下率及终轧温度三个 重要工艺参数中，在所研究的变 ●29 化范围内，终轧温度起主要的、 -10 决定性的作用，是最主要的轧制 3-20 8. 1 工艺参数。终轧温度在800°~ -30 31 850℃可以保证得到最细的轧后 23 7 铁素体晶粒。这是由于在再结晶 =40叶 17° 6 2 924 区轧制使再结晶奥氏体晶粒细化 -50 的基础上又利用了未再结晶区控 -60 制轧制的有益作用的结果。 3.最后小压下率轧制道次 d(mm) 对轧后铁素体晶粒平均直径的影 图3控制轧制（纵轧）4C船板的FATT与 响 d~:之间的关系（图中的数字代表工 比较图2中的5号与6号工 艺序号) 艺、9号与10号工艺（双号者为 10 △30 加最后小压下率轧制道次的)可 0 以看出，‘在其它各轧制道次的温 度及压下率相似、最后小压下率 -10 a29 道次轧制温度低于850℃的情况 -20 下，再进行小压下率的轧制道次， 不会造成铁素体晶粒的粗化，反 色- 而略使之细化。这是由于最后小 -0 31 压下率道次的轧制温度成为终轧 8 -50 23 温度，而使终轧温度降低的结果。 -60 4,轧后铁素体晶粒平均直 径对热轧低碳钢板脆性转化温度 -70 8 9 影响 d量(mm坐) 热轧（纵轧）低碳钢板的 图4 控制轧制（纵轧）4C船板的ITT与 FATT与铁素体晶粒平均直径 d:之间的关系 52

值得往 意的是 终轧温度降低到 ℃ 上下 ， 轧后铁素体 晶粒 比 ℃ 终轧的晶粒要 粗 大 ， 并且有的 铁素体晶粒略向轧 制方 向伸长 见照片 。 这是 由于某些经受 临界程度变形 的 铁素体晶粒发生 了再结晶粗化的结果 ’ 吕 。 显微 组织观 察发现 ， 终轧温度低于 。 ℃时 ， 不少 铁素体 晶粒 沿轧制方 向被 拉长 。 这 说 明是先形成 铁 素体之后又进行两道 轧制 ， 终轧温 度大大低于 点 。 降低到 点 以下 的前一道次 的轧 制温度 ， 对于 号及 号试样 均为 。 ℃， 因 而 号及 号试样 的铁素体晶粒大小就 相 当于 。 ℃ 终轧后 的 晶粒大小 见图 。 这说明在 点 以下的 铁素体 的再结晶温度 以下 的轧制 ， 只 能使铁奉体晶粒 沿轧制方 向伸 长 ， 而并不使其 粗化或细 化 。 这是 因为在本实验条件 点 以 下的 两道 轧制 的温度均低于 ℃ 下 ， 变形的铁素体并未发生再结晶过程， 但可发生 回复而形成多边化亚晶 见照片 。 广 一尸 一 一一一一，一一一 由图 可 以看 出 ， 在加热 温 度 、 道次压下率及终轧温度三个 重要工艺参数 中 ， 在所研究 的变 化范围内 ， 终轧温度起主 要 的 、 决定性的作用 ， 是最主要 的 轧制 工 艺 参 数 。 终轧温度在 。 。 ℃可 以 保 证得到 最 细 的 轧后 铁 素体晶粒 。 这 是 由于在再 结 晶 区 轧制使再结 晶奥氏体晶粒 细 化 的基 础 上又利用 了未再结晶 区 控 制轧制 的有益作用 的 结果 。 最后小压下 率轧制道 次 对轧后 铁素体晶粒平 均直径 的 影 响 比较图 中的 号与 号工 艺 、 号与 号工 艺 双 号者为 加最后小压下率 轧制道次的 可 以看 出 ， ‘ 在其它 各轧制道次 的温 度及压下率 相似 、 最后小压下 率 道次轧制温度低 于 ℃ 的情 况 下 ， 再进行小压下率 的 轧制道 次 ， 不会造成 铁素体晶粒 的粗 化 ， 反 而略使之 细 化 。 这是 由于最 后小 压下率道次 的 轧制温度成为 终轧 温度 ， 而使 终轧温度降低 的 结果 。 轧后 铁素体晶粒平 均直 径 对热 轧低碳钢板 脆性转化温度 影响 热 轧 纵轧 低 碳 钢 板 的 与铁素体晶粒平 均 直 径 二 公 、 、 之 拍 ︸︸ ︺内 ‘一」咬 一圣 一通 图 控制轧 制 纵 轧 船 板 的 与 一 二之 间 的关 系 图 中的数 字代表工 艺序号 幽 吞 谬 之 ‘ 扮 一 。 ， 一 州洲川 。 一工一，一知和的 八︶ 图 控制 轧制 纵 轧 船板 的 与 一 ， 之 间的关 系

d÷之间存在直线关系，如图3所示，其ITT与d之间的直线关系如图4所示。 低碳铁素体-珠光体型钢的断口形貌脆性转化温度可用Cottrell-Petch式【]表达： FATT(℃)=A+A'P%-Bd: FATT(℃)=A+2.2P%-Bd÷1 式中，P%为钢的组织中珠光体百分数。根据此钢的含碳量(0.135%C),按杠杆定理计算， 其空冷组织中P%≈16%，而实测值为15~16%。根据直线回归计算，A=6.6,B=9.5℃/ mm,相关系数r=-0.87。这样，纵轧4C船板的FATT(℃)可用下式表示， FATT(℃)=6.6+2.2P%-9.5d 根据图4的实验结果，纵轧4C船板的ITT(℃)可按下式估计（根据直线回归计算，A =-31.2,B=6.5,r=-0.88): ITT(℃)=A+2.2P%-Bd÷ 1TT(℃)=-3L.2+2.2P%-6.5d÷ 为了使-40℃ak值达到3.0kg·m/cm2,ITT必须低于-40℃，所以 d-÷≥2.2P%+8.8=6,8mm片 6.5 在本实验用钢含碳量为0.135%、P≈16%的情况下，d宁值应大于68mm÷,d应小于 21μm,晶粒度级别应大于8.2级。 但为了使-40℃ax值稳定地达到3.0kg·m/cm2以上，ITT应低于-45℃， d÷≥2.2P%+13.8=7.6mm 6.5 对此成分的纵轧4C钢板d÷应达到7.6mm,铁素体晶粒平均直径应减小到17.5徽米，晶 粒度级别应达到8.6级左右。此时，根据上式，FATT应降低到-30℃附近。可见，如果 FATT降低到-30℃以下，就可以保证ITT降低到-45℃，就可足以保证-40℃ax稳定地 达到3.0kg·m/cm2以上。由图2可见，在奥氏体化温度为1100~1250℃，道次压下率为15 ~25%和冷却速度大于1.4℃/秒（钢板厚度小于12mm)的情况下，只要终轧温度降低到900℃ 以下就可达到上述要求。 但如果4C钢的含碳量提高到中限(0.17%C),则P%≈20%，为了将ITT降低到-45℃， d立应达到8.9mm,铁素体晶粒平均直径应减小到13微米，晶粒度级别应达到9.8级。 在这种情况下，终轧温度选择对细化轧后铁素体晶粒最有效的800°~830℃，对于厚度小 于12mm钢板才能保证达到要求。 假如将钢的含碳量提高到4C的上限(0.21%C),钢中将含有25%P,此时为了使ITT降 低到-40℃以下，d应大于9.8mm?,晶粒平均直径应减小到10微米，晶粒度级别应 达到10级。由图2可见，在本实验的最适宜的控制轧制条件下，铁素体晶粒平均直径为11微 米，尚不能达到要求。但如果考虑到含碳量提高对铁素体晶粒的补充细化作用，则有可能在最 适宜的控制轧制条件下达到要求。除钢的含碳量(P%)外，钢中的锰、硅、铝、磷、硫等元 素的含碳量及钢的冶金质量也会通过对上述关系式中的A值的影响而影响必须达到的宁 及d值。 如果把图3及图4中的FATT(℃)及ITT(℃)与控制轧制工艺联系起来，就可以看出： 53

’ 考 一 之 间存在直线关系 ， 如 图 所示 ， 其 与 一卜之 间的直 线关系如 图 所示 。 低碳 铁素体 一 珠光体型 钢 的断 口 形 貌脆性转 化温度可 用 一 式 ￡“ 表达 ℃ ， 一 一 ℃ 一 一 十 ， 式 中 ， 为钢 的组织 中珠光体百 分数 。 根 据此 钢 的 含碳 量 ， 按杠杆 定理计算 ， 其 空 冷组织 中 、 ， 而实 测值为 。 根据直 线 回归 计算 ， ， ℃ 一 一 ， 相关系数 ， 一 这样 ， 纵轧 船板 的 ℃ 可用 下式 表示 ℃ 十 一 一 根据图 的实验 结果 ， 纵轧 船板 的 ℃ 可按下式估 计 根据直 线 回归计 算 ， 一 ， ， 一 ℃ 一 一 谁 ℃ 一 一 一 ， 为 了使 一 ℃ 值达到 一 ， 必须 低 于 一 ℃ ， 所 以 一洛鱼里肇。攀些 廿 在 本实验 用 钢 含碳量为 、 、 的情 况下 ， 一 咬 一 值 应大于 一 一 ， 应小 于 卜 ， 晶粒 度级 别应大于 级 。 但为了使 一 ℃ 值稳 定地 达到 “ 以 上 ， 应 低 于 一 ℃ ， 一 了》 对此 成 分 的纵 轧 钢板 一 十应 达到 一 ， 铁素体晶粒平 均直径应 减小到 微 米 ， 晶 粒度级 别应达 到 级 左右 。 此 时 ， 根据 上式 ， 应 降低 到 一 ℃ 附近 。 可见 ， 如 果 降低 到 一 ℃ 以下 ， 就可 以 保证 降低 到 一 ℃ ， 就可足 以 保证 一 ℃ 稳定地 达到 以 上 。 由图 可见 ， 在 奥氏体 化温度为 ℃ ， 道 次压下率为 和 冷却速度大于 ℃ 秒 钢板厚度 小于 的情 况下 ， 只 要终轧温度降低 到 ℃ 以下就可达 到 上述要 求 。 但如 果 钢 的 含碳量 提高到 中限 ， 则 、 ， 为了将 降低到 一 ℃ ， 一 十应达到 一李 ， 铁素体 晶粒平均直 径应 减小到 微米 ， 晶粒 度级 别应 达 到 级 。 在这种情况下 ， 终轧温 度选 择对细 化轧后 铁素体晶粒 最 有效 的 。 ℃ ， 对于厚度小 于 钢板才能保证达到要求 。 假如将钢 的 含碳最 提高到 的 上 限 ， 钢 中将 含有 ， 此 时为 了使 降 低到 一 ℃ 以下 ， 一 一 应 大于 一 一 ， 晶粒平 均直径应减小到 微 米 ， 晶拉 度级 别应 达 到 级 。 由图 可见 ， 在 本实验 的 最适 宜 的 控 制轧制条件下 ， 铁素体 晶粒平 均直 径为 微 米 ， 尚不能达 到要求 。 但如 果考虑到 含碳量 提高对 铁素体 晶粒 的 补充细 化作用 ， 则有可能在最 适宜 的 控 制 轧制条件下 达 到要求 。 除 钢 的 含碳量 外 ， 钢 中的 锰 、 硅 、 铝 、 磷 、 硫等元 紊的 含碳量 及钢 的冶金质量 也会通过对 上述关系式 中的 值 的影响而影 响必须达到的 一 谧 及 值 。 如 果把图 及 图 中的 ℃ 及 ℃ 与控 制轧 制工 艺联 系起来 ， 就可 以 看 出

终轧温度处于800°~830℃之间的2、3、6、9、10、24号工艺的FATT及ITT都较低。注是 由于它们的d较小，d值较大。这说明控制轧制工艺、铁素体晶粒尺寸与FATT之间有密 切关系。也就是说，在奥氏体化温度在1100°~1250℃之间，总变形量相同（约60%），每道 次压下率在15~25%范围内变化的情况下，终轧温度越接近于800℃（指红外表面温度，相 当于此钢的Ars点温度)，控轧后的铁素体晶粒平均直径d就越小，因而FATT及ITT就越 低。 5.Ar3点以下终轧引起脆化机制的探讨 值得指出的是：在(a+P)状态下终轧的30号工艺(660℃终轧)及在(Y+a)两相 区终轧的29号工艺(730℃终轧)4C船板的FATT及ITT代表点远远高于关系线，这说明在 铁素体晶粒平均直径相同的情况下，其脆性转化温度仍偏高很多，660℃终轧的30号工艺船 板的FATT温度约高30℃，其ITT约高50℃；730℃终轧的29号工艺船板的FATT约高15℃， 其ITT约高30℃。原因何在，值得探讨。根据文献资料，形变引起的位错密度增加及胞状位 错亚结构的形成会引起脆化，而均匀、细小的多边形化亚晶的形成及细化会降低FATT。 显然，必须从组织结构变化去追究其原因。金相显微镜及金属薄膜透射电镜观察表明，29号 工艺船板的组织结构特点是：(1)铁素体晶粒粗大，且沿加工方向严重伸长，(2)仅在 个别的伸长的晶粒内有亚晶存在（见照片4），亚晶分布很不均匀，(3)位错密度较高。 与此类似的，我们工作[11中的59号工艺，是在750℃终轧的，但最后第二道是在850℃轧制 的，其铁素体晶粒细小而均匀(12.5μm),尽管位错密度较高，且有三次渗碳体小质点沿 位错线析出（见照片5），对位错起钉扎作用，但其FATT及ITT还是基本上落在关系线 上，只是其ITT比关系线略高。在我们的同一工作中【11，在760°~780℃终轧的各号工艺 船板的FATT,尤其是ITT都比关系线偏高，ITT一般比关系线高8~15℃。其组织结构的 共同特点是：铁素体晶粒大小极其不均，用透射电镜观察金属薄膜时只发现极少的粗大多边 形化亚晶，位错密度较高，并分布不均。我们工作【11中的14号工艺，类似于连续轧制，是 在890℃开轧、650℃终轧的，其铁素体晶粒很细小(8.8μm),其中有均匀分布的细小的 多边形化亚晶，有爆结位错，位错密度也较高（见照片6）。尽管其韧性状态下的aK值较 低，但其FATT及ITT仍落在关系线附近，其ITT比关系线略高，而FATT比关系线略低。 这说明有均匀、细小的多边形化亚晶存在，在铁素体晶粒平均直径相同的情况下，甚至会略 使FATT降低。综上所述，可以认为：在Ar点以下终轧之所以使FATT提高，特别是使 ITT明显提高，是因为这样的轧制会使铁素体晶粒粗大且不均匀，使铁素体晶粒伸长，使亚 晶分布不均匀，使位错密度提高，且分布不均匀。特别是这几个组织结构因素同时存在时， 其脆化作用更显著。29号及30号工艺船板的FATT及ITT远高于关系线，原因就在于此。 铁素体晶粒细小而均匀，可以减小甚至抵消上述结构引起的脆化，因此可使FATT及ITT 落在关系线附近，如59号工艺。在均匀、细小的铁素体晶粒的情况下，均匀、细小的多边 形化亚晶降低FATT的作用，可以抵消甚至超过位错密度提高引起的脆化作用，因而可使 FATT略有降低（如14号工艺）。 由于低温终轧的29号工艺及30号工艺4C船板的FATT及ITT代表点远高于图3及图4 中的相应的关系线，因此，以上二式就不能用于估算29号工艺及30号工艺4C船板的FATT 及ITT。 6.终轧温度对4C船板的冲击韧性和脆性转化温度的影响 如果将部分工艺的终轧温度与该温度下终轧的4C船板的冲击韧性、脆性转化温度FATT 51

终轧温度处子 。 ℃之间的 、 从 、 、 、 号工 艺的 及 都较低 。 这是 由于它们 的 较刁 、 ， 一卜值 较大 。 这说 明控 制轧制工 艺 、 铁素体晶粒尺 寸与 之 间有密 切 关系 。 也 就是 说 ， 在 奥氏体化温度在 。 。 ℃ 之 间 ， 总变形量 相 同 约 ， 每道 次压下 率在 范围 内变化的情况下 ， 终轧温度越接近 于 ℃ 指红外表面 温度 ， 相 当于此 钢的 点温度 ， 控 轧后 的铁素体晶粒平 均直径 就 越小 ， 因而 及 就越 低 。 点 以 下终轧 引起脆化机制 的探讨 值得 指出的是 在 状态 下终轧的 号工 艺 ℃ 终轧 及在 两 相 区终轧的 号工 艺 ℃ 终轧 船板 的 及 代表点远远高于关系线 ， 这说 明在 铁素体晶粒平均直径 相同的情 况下 ， 其 脆性转化温度仍偏 高很 多 ， “ ℃终轧 的 号工艺 船 板的 温度约高 ℃ ， 其 约高 ℃ ℃终轧 的 号工 艺船板 的 约高 ℃ ， 其 约高 ℃ 。 原 因何在 ， 值得探讨 。 根据文 献 资料 ， 形变引起 的位错密度增加及 胞状位 错亚结构的 形成会引起脆 化 ， 而均匀 、 细小的多边形 化亚晶的形成 及细 化会降低 。 显然 ， 必须 从组织 结构变化去追 究其原 因 。 金 相显微 镜及金属薄膜透射 电镜观 察表 明 ， 号 工 艺 船板的 组织 结构特 点是 铁素体晶粒 粗大 ， 且 沿加工方 向严 重伸长， 仅在 个别的伸长 的 晶粒 内有亚晶存在 见照 片 ， 亚晶分布很不 均匀， 位错密度较 高 。 与此 类似 的 ， 我们工作 【 ’ “ 中的 号工艺 ， 是在 ℃ 终轧 的 ， 但最后 第二道是在 ℃ 轧制 的 ， 其 铁素体晶粒 细小而均匀 卜 ， 尽管位 错密度较高 ， 且 有三次渗碳体小质点 沿 位错线析出 见照片 ， 对位错起 钉 扎作用 ， 但其 及 还是 基 本上 落在关系线 上 ， 只是其 比关系线略高 。 在我 们 的 同一工 作中 〔 ‘ “ ， 在 。 。 ℃ 终轧 的 各号工 艺 船板 的 ， 尤其是 都 比关系线 偏高 ， 一般 比关系线高 ℃ 。 其组织 结构的 共同特点是 铁素体 晶粒大 小极其不 均， 用 透射 电镜观 察金 属薄膜时只发现极少 的粗大多边 形 化亚晶， 位 错密度较高 ， 并分布不 均 。 我们工 作 ‘ ’ 中的 号工 艺 ， 类 似于连续 轧制 ， 是 在 。 ℃开轧 、 ℃ 终轧的 ， 其 铁素体 晶粒很 细小 卜 ， 其 中有均匀分布的细 小的 多边形化亚 晶 ， 有粗结位 错 ， 位 错密度也较高 见照 片 。 尽管 其韧 性状态 下 的 值 较 低 ， 但 其 及 仍 落在关系线附近 ， 其 比关系线略高 ， 而 比关系线略低 。 这说 明有 均匀 、 细 小的多边形 化亚晶存在 ， 在 铁素体 晶粒平 均直径 相 同 的情 况下 ， 甚 至 会略 使 降低 。 综 上所 述 ， 可 以认为 在 点 以下终轧之所 以 使 提高 ， 特 别是使 明显提高 ， 是 因为这样 的 轧制 会使铁素体 晶粒粗大且不 均匀， 使 铁素体 晶粒伸长， 使 亚 晶分布不 均匀 使位错密度提高 ， 且分布不 均匀 。 特 别 是这几个组织 结构因素同时存在时 ， 其脆 化作用 更显著 。 号及 号工 艺 船板 的 及 远高于关系线 ， 原 因就 在于此 。 铁素体 晶粒 细小而均匀 ， 可 以减小甚 至抵消上述结构 引起 的脆 化 ， 因此 可使 及 落在关系线 附近 ， 如 号工 艺 。 在 均匀 、 细 小的铁素体晶粒的情 况下 ， 均 匀 、 细小的多边 形化亚 晶降低 的作用 ， 可 以抵消甚至超过位 错密度提高引起 的脆 化作用 ， 因而可使 略 有降低 如 号工 艺 。 由于 低温终轧 的 号工 艺及 号工 艺 船板 的 及 代 表点远高于 图 及 图 中的 相应 的关系线 ， 因此 ， 以 上二式就 不能 用 于估 算 号工 艺及 号工 艺 船板 的 及 。 终轧温度对 船板 的 冲击韧 性和脆 性转 化温度的影响 如 果将部 分工 艺 的终轧温 度与该 温度下终轧 的 船板 的 冲击韧 性 、 脆性转 化温 度 ’

之间的关系做图，则得到图5。可见，当总压下率及道次压下率相同时，钢板的常温冲击韧 性随终轧温度下降而降低，但当终轧温 度在A「a点以上时，降低得较缓慢，而 10 30 ~40℃的冲击韧性，开始随终轧温度下降 0 而逐渐提高，在约800℃以下，一40℃的 =10 29 FATT 冲击韧性反而随终轧温度下降而很快降 2 低，脆性转化温度FATT随终轧温度的 -20 变化，恰与-40℃冲击韧性相反，但也在 16 800℃附近有一个转折点。在800℃以上的 E ax(20℃) 8 5 温度终轧时，-40℃冲击韧性及FATT -50 的变化，主要是由铁素体晶粒尺寸变化决 30 40℃) 定的（见图2)，而在约800℃以下终轧 -60 时，钢的冷脆性增大，除由于铁素体晶粒 -70 粗大、尺寸不均外，还由于位错密度增加 29 30 且分布不均匀，粗大多边形化亚晶分布不 600650700750800850900950 均。显然，终轧温度最好不低于800℃， 终轧温度（℃） 最低应以780℃为限。 图5 四道轧制时的格轧温度对常温aK、 (二)轧后冷却制度对热轧低碳铜板 -40℃aK值及FATT的影响（每 道次压下率为20%，加热温度为 的显橄组织和冷脆性的影响 1100°~1200℃，轧后空冷) 低碳钢板热轧后的不同冷却制度，能 对铁素体晶粒尺寸、晶粒形状（即等轴铁素体或魏氏组织铁素体）、珠光体的数量及形态等 产生重大的影响。这些组织变化会使钢的冷脆性也发生重大变化。现就快冷时间、冷却速度 等方面的影响分别总结如下。 1.轧后快冷（水冷）时间对纵轧12mm低碳钢板的组织和冷脆性的影响 在880°~900℃终轧后以55℃/秒的速度冷却不同时间对魏氏组织级别、珠光体百分数 (P%)、FATT及ITT的影响，如照片7、8及图6所示，对珠光体形态的影响如照片9~12 所示。轧后快冷2秒(25号工艺)，使钢板由较高的终轧温度很快地冷却到Aa点附近，可 以阻止热轧奥氏体在冷却过程中发生组织结构状态的变化，促进Y·α转变时形核的增加， 有利于铁素体晶粒的细化，因此，25号工艺的铁素体晶粒（照片7）要比相似轧制工艺、但 轧后空冷的其它工艺晶细小，但尺寸大小均匀性略差。轧后短时间快冷时终止的温度较高， 并未使魏氏组织级别及珠光体数量增加（见图6)，珠光体中的碳化物基本上如空冷后的一 样（见照片9），但已发生细化及退化。因此，轧后快冷2秒的25号工艺的FATT及ITT 比轧后空冷的17号工艺略低。 增加轧后快冷时间，使快冷终止温度降低，因而使转变温度降低，使魏氏组织级别及 P%增加（见图6并比较照片7与8)，使珠光体退化及细化，但在快冷3秒和3.5秒时，珠 光体的退化程度最大，比较照片9~12就可明显看出这一点。虽然点状碳化物比片状碳化物 对钢的韧性有利，但是，伪共析珠光体量增多，魏氏组织级别增高，又会使钢的冷脆性增 大这几种组织因素综合作用的结果，使轧后水冷时间长的钢板FATT都有所提高，但只 提高到轧后空冷的水平（见图6）。由于快冷使接近脆性状态时断裂所吸收的冲击能略有增 加，又使15%韧性断口时的FATT(15%韧性断口)变化不大，因此，ITT几乎不随水冷 55

之 间的关系做 图 ， 则得 到 图 性随 终轧温度下降而 降低 ， 。 可见 ， 当总压 下率 及道次压 下率 相 同时 ， 钢板 的 常温冲击韧 但 当终 轧温 ，︽‘ 。 、习丫任 卜”月引引 内 川引目记一 ，斑 ︸︸目 以卜切七阅︵ 度在 点 以 上时 ， 降低得 较缓 慢 而 一 ℃ 的 冲击韧 性 ， 开始 随终轧温度下 降 而逐 渐提高 ， 在约 ℃ 以下 ， 一 ℃ 的 冲击韧性反而随终轧温度下降 而 很 快 降 低， 脆 性转 化温度 随终轧温度 的 变化 ， 恰与 一 ℃ 冲击韧性相反 ， 但 也 在 ℃附近 有一个转折点 。 在 ℃ 以 上 的 温度终轧时 ， 一 ℃ 冲击韧 性及 的 变化 ， 主 要 是 由铁 素体 晶粒尺 寸变化决 定 的 见 图 ， 而在约 ℃ 以下 终轧 时 ， 钢的 冷脆 性增大 ， 除 由于铁 素体 晶粒 粗大 、 尺 寸不 均外 ， 还 由于位错密度增加 且分布不 均匀， 粗大多边形化亚 晶分布不 均 。 显然 ， 终 轧温度最 好 不低于 ℃ ， 最 低应 以 ℃为限 。 二 轧 后冷却翻 度对热轧低碳钢板 的皿橄组组 和冷脆性的形 晌 低碳 钢板热 轧后 的 不 同冷却制度 ， 能 终乳祖皮 ℃ 图 四 道 轧制 时的修 轧温度对 常温 、 一 ℃ 值 及 的形响 每 道 次压 下率为 ， 加 热 温度为 “ ℃ ， 乳后 空冷 对铁素体 晶粒尺 寸 、 晶粒形 状 即等 轴铁 素体或魏 氏组织 铁素体 、 珠 光体 的数量 及形 态 等 产生重大 的影响 。 这些 组织 变化会使 钢 的 冷脆 性也 发生重大 变化 。 现就快冷时 间 、 冷却速度 等方面 的 影响分别 总结如 下 。 轧后 快 冷 水 冷 时 间对纵 轧 低碳钢板 的组织 和 冷脆 性的 影 响 在 。 。 ℃ 终轧后 以 ℃ 秒 的速度冷却不 同时 间对魏氏组织 级 别 、 珠 光体 百 分数 、 及 ’ 的 影响 ， 如照片 了 、 及 图 所示 ， 对珠 光体形 态 的 影响如 照片 所示 。 轧后 快冷 秒 号工 艺 ， 使钢板 由较高的 终轧温度很快地 冷却到 。 点 附近 ， 可 以 阻止热 轧奥氏体 在 冷却过 程 中发生组织 结构状 态 的 变 化 ， 促进 ， 转 变时形核率 的 增加 ， 有利于铁素体 晶粒 的 细 化 ， 因此 ， 号工 艺的铁 素体 晶粒 照片 要 比 相似轧制工 艺 、 但 轧后 空 冷的其它工 艺 晶杖细小 ， 但尺 寸大 小均匀性略差 。 轧后 短 时 间快冷时终止 的温 度较高 ， 并未使魏 氏组织 级别 及珠光体数量 增加 见 图 ， 珠 光体 中的碳 化物基 本 上如 空冷后 的一 样 见照片 ， 但 巳发 生细 化及退 化 。 因此 ， 轧后 快 冷 秒 的 号工 艺的 及 比轧后 空 冷的 号工 艺略低 。 增加 轧后快冷时 间 ， 使快 冷终止 温度降低 ， 因而 使转 变温度 降低 ， 使魏 氏组织 级别 及 增 加 见 图 并比较照片 与 ， 使珠 光体退 化及 细 化 ， 但 在快 冷 秒 和 秒 时 ， 珠 光体 的退 化程度最大 ， 比较照片 就可 明显 看 出这 一点 。 虽然点状碳 化物 比片状碳 化物 对钢的韧 性有利 ， 但 是 ， 伪共析珠光体里 增 多 ， 魏 氏组织级别 增高 ， 又 会使 钢的 冷脆 性增 大 。 这几 种组织 因素综 合作用 的 结果 ， 使 轧后 水冷时 间长的 钢板 都 有所提高 ， 但只 提高到轧后 空冷的 水平 见 图 。 由于快 冷使接近 脆 性状态 时断裂所吸 收 的 冲击能略有增 加 ， 又使 韧 性断 口 时 的 韧性断 口 变 化不大 ， 因此 ， 几 乎不 随水 冷

时间延长而变化。 10 2.轧后冷却速度对组织和 19 27 3 28 冷脆性的影响 26 热轧后的冷却速度对4C船 -1o啡 WF别 板的组织和脆性转化温度的影 响，如图7及8和照片13~16所 P 40 示。由图7可见，随轧后冷却速 FATT o 度增加，魏氏组织级别增加。比 -40 0 较照片13~16可见，冷却速度的 -50 增大使珠光体发生不同程度的细 化及退化.840℃终轧后以0.46℃ -60 /砂为速度缓冷后，珠光体为较 -70 粗大片状，820℃终轧后空冷钢 板中的珠光体，为细片珠光体 水冲时间() (见照片13)。在轧后水冷的其 图6水冷时间对热轧4C船板的魏氏组织(WF) 它工艺的钢板组织中，珠光体都 级别、P%、FATT及ITT的影响(1100°~ 1070℃奥氏体化，1070°~1160℃开轧，880° 有不同程度的退化及细化（见照 一900℃整轧，整轧后2~3秒内开始水冷) 片10、11、14、15和16)。 这些组织变化对钢的冷脆性的作用是复杂的，其综合作用的结果如图8所示。另外，由 于快冷使伪共析珠光体量显著增加，使4C船板的0，及σ。显著提高，但同时使6。有所降低 11。看来，对4C船板，轧后冷却不是越快越好，而是有一定限度。轧后冷却速度约小于 5°C/秒，对组织和低温韧性是有益的[1】，而对延伸率及冷弯性能也不会有害。如果冷却速 度较快，则只允许快冷一定的时间。快冷时间依终轧温度及钢板厚度而异。 60 -20 60 15 WF级别 -30外 16 15 4 1213 40 FATT 16 P% 0 50 -60 ITT -0 2030405060 ,80 0102030405060 冷却速度（℃秒） 冷却速度（℃/秒） 图7在1200℃奥氏体化、在1100°~ 图8FATT及ITT与轧后冷却 850℃之间进行每道次压下率为 速度之间的关系（轧制工艺 20%的四道轧制的4C船板的魏 同图7) 氏组织级别和P%与轧后冷却速 度之间的关系 值得注意的是，在水中快冷，系快速连续冷却，这时Y+P转变发生在一一个温度范围， 56

时间延 长而变化 。 轧后 冷却速度对组织 和 冷脆性的 影响 热 轧后 的 冷却 速度对 船 板 的 组织和 脆 性 转 化温度 的 影 响 ， 如 图 及 和 照片 所 示 。 由图 可见 ， 随轧后 冷却速 度增加 ， 魏 氏组织 级别 增加 。 比 较照片 可见 ， 冷却速度的 增大使珠 光体发生不同程度的细 化及退 化 。 ℃ 终轧后 以 ℃ 沙 力 逮变缓冷后 ， 珠光体 为较 粗大片状， ℃ 终轧后 空 冷钢 板 中的 珠光体 ， 为 细 片珠 光体 见 照片 。 在 轧后 水冷的其 它 工 艺的 钢板组织 中 ， 珠光体都 有 不 同程度 的退 化及细 化 见 照 片 、 、 、 和 。 多万 讨了一 万 水冷时间 柳 图 水冷 时间对热轧 船 板 的魏 氏组 织 级 别 、 、 及 的影 响 。 ℃ 奥 氏体化 ， “ ℃ 开 轧 ， 。 ℃ 终 轧 ， 终 轧后 秒 内开始水冷 这 些组织 变化对钢的 冷脆 性的作用 是 复杂的 ， 其综 合作用 的 结果如 图 所示 。 另外 ， 由 于快冷使伪共析珠光体量显著 增加 ， 使 船板的 。 。 及 口 。 显著提高 ， 但 同时使 有所降低 ‘ ’ 。 看来 ， 对 船板 ， 轧后 冷却不是越快越好 ， 而是有一定限度 。 轧后 冷却速度约小于 “ 秒 ， 对组织和 低温韧 性是有益的 ’ “ ， 而对延伸率及 冷弯性能也 不会有害 。 如 果冷却速 度较快 ， 则只允许快 冷一定 的时 间 。 快 冷时 间依 终轧温度及钢板厚度而异 。 一 矛 ‘ 、 ‘ ， 一 归， 自 自 补 一 一 一魂动 卜工 蔡容恢匕 冷却速度 ℃ 秒》 冷却速度 ℃ 秒 及七月甘八 ︸︸一 卜叫卜俩 图 在 ℃ 奥 氏体化 、 在 一 ℃ 之 间 进 行 每道 次压 下率为 的 四 道 轧制 的 船 板 的魏 氏组 织 级 别和 与轧后 冷却速 度之 间的关 系 图 及 与轧后 冷却 速度 之 间的关 系 轧制工 艺 同图 值得 注意 的是 ， 在水 中快冷 ， 系快 速连 续冷却 ， 这 时 丫， 转 变发生在一个 温度范围

这自然会使同一试样的同一磨片或复型上的珠光体的退化及细化程度有所不同。但在以不同 速度快冷时，快冷的终止温度均为500°~550℃，这可保证同一试样上珠光体的退化及细化 程度差异不大。我们的大量电镜观察也证明了这一点。 这里值得指出：轧后冷却速度对组织和冷脆性的影响，因控制轧制工艺参数不同而异。 我们通过几次轧后快冷实验发现，如果终轧温度高，变形奥氏体发生充分的再结晶，而且再 结晶奥氏体晶粒较粗大，则过冷奥氏体的稳定性较大，快冷时转变的过冷度也较大，因而魏 氏组织级别及伪共析珠光体量会显著增加，这样就会对FATT及δ。带来不利影响。但如果 终轧温度较低（低于840°860℃），则变形奥氏体只能发生部分再结晶，甚至根本就不发 生再结晶。这时形变诱起铁素体析出的作用，可使等轴铁素体晶粒细化，快冷并不明显促进 魏氏组织的形成及伪共析珠光体量增加，同时可促进珠光体的退化及细化。这时轧后快冷就 会带来明显益处1)，允许的冷却速度就可以更大，允许的快冷时间可以略长。 3.在Y→α转变区空冷而在Y→P转变区快冷对转变后的组织和冷脆性的影响 在1100℃奥氏体化、经过道次压下率为25%的三道轧制、在810℃终轧后先空冷85秒再 用冷水冷却3.5秒的22号工艺试样的显微组织及珠光体形态，如照片17和18所示。由照片17可 见，显微镜组织为等轴、均匀、细小的铁素体晶粒和块状珠光体。照片18表明珠光体得到细 化及退化，在一块珠光体中有许多方位不同、退化程度不同的珠光体领域。实验结果表明： 在铁素体晶粒平均直径及珠光体量大体相同的情况下，在Y+P转变区间快冷引起的珠光体 的退化及细化，可使FATT及ITT都大约降低10℃。 三、结论 1.4C船板的奥氏体化温度在1100°~1250℃范围内变化，原始奥氏体晶粒差异很大， 但只要经过道次压下率≥20%的四道轧制，终轧温度在800°~820℃，则奥氏体化温度及由 其所决定的轧前奥氏体晶粒尺寸就几乎不影响轧后铁素体晶粒平均直径及脆性转化温度，但 如果终轧温度较高(860°~900℃)，则奥氏体化温度将对轧后铁素体晶粒尺寸略有影响。 2.在100°~1250℃加热，总变形量相同（约6%），道次压下率为1525%时，轧后 铁素体晶粒平均直径，主要决定于终轧温度。在800℃以上，终轧温度每降低50℃，可使轧 后铁素体晶粒平均直径减小约3μm。 3.根据实验结果可以认为，纵轧4C船板的FATT及ITT与铁素体晶粒平均直径 d二有如下关系： FATT(℃)=6.6+2.2P%-9.5d÷ ITT(℃)=-31.2+2.2P%-6.5d 对于所研究的成分的纵轧4C船板，为了使一40℃ak值稳定地达到3.0kg·m/cm2(如3.5 kg·m/cm2),ITT应低于~45℃，FATT应低于-30℃，铁素体晶粒平均直径(d)应小于 17.5μm,晶粒度应大于8.6级。 4. 当轧制温度低于850℃时，施以压下率为5~10%的轧制道次，并不会引起轧后铁素 体晶粒的粗化及FATT、ITT的提高，反而略起有益作用。 5.根据轧后冷却制度对铁素体晶粒尺寸、豌氏组织级别、珠光体的数量及形态、冷脆 性的影响，可以认为，轧后短时间水冷或冷却速度在5℃/秒以下的增加，对于4C造船钢板 的组织和性能的影响是有益的，特别是对厚钢板快冷对组织和性能的有益作用更大，适当快冷 57

这 自然会使同一试样 的同一磨片或复型 上 的珠光体 的退 化及 细 化程 度有所 不 同 。 但在 以 不同 速度快冷时 ， 快 冷的 终止温 度均为 ” ℃ ， 这可 保证 同一试样 上珠 光体 的退 化及细 化 程度差异 不大 。 我们 的大量 电镜观 察也证 明 了这一点 。 这里值得 指 出 轧后 冷却速 度对组织 和 冷脆 性 的影响 ， 因控 制轧制工 艺参数不 同而异 。 我们通 过几 次轧后 快 冷实验发现 ， 如 果 终轧 温度高 ， 变形奥氏体发生充分的再结 晶 ， 而且再 结 晶奥 氏体 晶粒较粗大 ， 则 过 冷奥 氏体 的稳定 性较 大 ， 快 冷时转 变的过 冷度也较大 ， 因而魏 氏组织 级别 及伪共析珠光体量 会显著 增加 ， 这样就 会对 及 各。 带来 不利影响 。 但如果 终轧温度较低 低 于 。 。 ℃ ， 则 变形奥氏体只 能发生部分再结 晶 ， 甚至根本就 不发 生再结晶 。 这 时形 变诱起铁 素体析出的 作 用 ， 可使 等轴铁素体 晶粒 细化， 快冷 并不 明显促进 魏 氏组织 的形成及 伪共 析珠光体量 增加 ， 同时可促进 珠光体的退化及 细 化 。 这 时轧后 快冷就 会带来 明显 益处 ‘ ’ ， 允 许 的 冷却速 度就 可 以 更大 ， 允 许 的快冷时 间可 以 略长 。 在 丫， 转 变区空冷而在 丫， 转 变 区快 冷对转 变后 的组织和 冷脆 性的影响 在 ℃奥氏体 化 、 经 过道次压 下率为 的三 道轧制 、 在 ℃ 终轧后 先空冷 秒再 用 冷水冷却 秒 的 号工 艺试样的显微组织及珠 光体形态 ， 如 照片 和 所示 。 由照片 可 见 ， 显微镜组 织为 等轴 、 均匀 、 细小 的 铁 素体 晶粒 和块状珠 光体 。 照片 表 明珠光体得到细 化及退化 ， 在 一块珠 光体 中有许多方位 不 同 、 退 化程度 不同的珠 光体领域 。 实验 结果表 明 在铁素体 晶粒 平 均直径 及珠光体量大体 相同的情 况 下 ， 在 丫， 转变区 间快 冷 引起 的珠光体 的 退化及 细 化 ， 可使 及 都大 约降低 ℃ 。 三 、 结论 船板 的奥氏体 化温度在 。 ℃ 范围 内变化 ， 原始奥氏体 晶粒差异很大 ， 但只要 经 过道次压 下率 的 四道轧制 ， 终轧温度在 。 ℃ ， 则 奥氏体化温度及 由 其 所决定 的轧前奥 氏体 晶粒尺寸就 几乎不影响 轧后 铁素体 晶粒平 均直径及 脆性转 化温度， 但 如 果 终轧 温度较高 “ ℃ ， 则奥氏体化温度将对轧后 铁 素体 晶粒尺 寸略有影响 。 在 。 ℃加热 ， 总 变形量 相 同 约 ， 道次压 下率为 时 ， 轧后 铁素体晶粒 平 均直径 ， 主 要 决定 于 终轧温度 。 在 ℃ 以 上 ， 终轧温度每 降低 ℃ ， 可使轧 后 铁素体晶粒 平 均直径减 小约 件 。 根据实验 结果可 以 认为 ， 纵轧 船板的 及 与铁素体晶粒平均直径 一 一 有如下关 系 ℃ 一 。 一 ℃ 一 一 一 谧 对于所研究 的成 分的纵 轧 船板 ， 为 了使 一 ℃ 值 稳定地达 到 ’ ， 如 犷 “ ， 应 低于 一 ℃ ， 应 低于 一 ℃ ， 铁素体 晶粒平 均直径 应 小于 卜 ， 晶粒 度应大 于 级 。 当轧制 温度低 于 ℃时 ， 施 以压下率为 的轧制道次 ， 并不会引起轧后铁素 体 晶粒 的 粗 化及 、 的提高 ， 反而略起有益 作用 。 根据 轧后 冷却 制度对铁素体晶粒尺 寸 、 魏 氏组织级 别 、 珠光体 的数 及形态 、 冷脆 性的影响 ， 可 以 认为 ， 轧后 短 时 间水 冷或冷却速度在 ℃ 秒 以 下 的增 加 ， 对于 造 船钢板 的组织和 性能 的影 响是有益 的 ， 特 别 是 对厚 钢板 快 冷对组 织 和性能 的有益 作用 更大 ， 适 当快冷

的必要性更大。 6.在Y·α转变温度区间空冷而在Y·P转变温度区间水冷（快冷），可使珠光体退化 及细化，因而可使FATT及ITT都约降低10℃。 热轧后快冷促进低碳钢中珠光体的退化及细化，不仅珠光体退化程度不同，退化机理也 可能不同影在快冷低碳碳钢中主要发现退化珠光体，很少发现贝氏体，这与文献【2]中的结 果是一致的。 本研究中所得到的实验结果和结论，不仅适用于作为船板钢(4C)的低碳碳钢的控制 轧制及控制冷却生产，也可适用于其它用途的低碳碳钢的控制轧制及控制冷却生产和轧制余 热形变热处理操作。 北京钢铁学院崔文暄、席存福、张东明参加了本实验工作，王有铭、韦光、陶洪畴参加 了轧钢实验，武汉钢铁会司轧板厂袁政、傅智和、戴连生参加了此工作。 参考文献 (1)K.I.Irvin,T.Gladman,F.B.Pickering:Journ.Iron and steel Inst., 1970,V.208,P.118. (2)J.D.Johes,A.B.Rotherweel:"Deformation under Hot-working conditions",1968,P.78~82. (3)Symposium "Processing and Properties of Lowcarbon Steels", 1973. (4)I.L.Dillamone,R.F.Dewshap,M.G.Frost:Metal Tech.,1975,V.2, July,P.294. (5)In Proceedings of An International Symposium on High-Strength Low-alloy Steels,1975,Pavel Morcinek P.272~278;Auther Se- hummer等：P.279~287. 〔6)袁政：“4C船板控制轧制及其工艺参数的确定”，武钢技术，1980年，第2期。 (7)E.O.Hall:Proc.Phy.Soc.Series B,1951,V.64,P.25. (8)H.J.Petch:Journ.Iron and Steel Inst.,1953,V.174,P.25. (9)H.J.Petch:Proc.Swampscott Conf.,1955,MII.Press 54. 〔10)崔文暄、王有铭、李文卿、韦光、陶洪畴：普通低碳钢控制轧制的研究（一）， 特钢通讯（首次全国特加学术报告会文集），1980年，第2期，4962页。 〔11)北京钢铁学院李文卿、崔文暄、王有铭、韦光、陶洪畴，武汉钢铁公司轧板厂： 普通低碳钢控制轧制的研究（二），特钢通讯（首次全国特加学术报告会文集）， 1980年，第2期，63~77页。 〔12)北京钢铁学院崔文暄、李文卿、王有铭、韦光、陶洪畴，武汉钢铁公司轧板厂袁 政：低碳钢控制轧制中的组织与性能，北京钢铁学院学报，1980年，第4期，47 ~56页。 〔13)张乐明、李文卿：控制轧制工艺参数对4C船板的组织和冷脆性的影响，1980年， 北京钢铁学院未发表资料（毕业论文）。 58

的必 要性更大 。 在 ， 转 变温度 区 间空 冷 而在 丫， 转 变温度 区 间水冷 快 冷 ， 可使珠光体退化 及 细 化 ， 因而可使 及 都 约 降低 ℃ 。 热 轧后 快 冷促进低碳钢 中珠光体 的 退化 及细 化 ， 不仅珠 光体 退化程 度不 同 ， 退化机理也 可能不 同， 在快冷低碳碳 钢 中主 要发 现退化珠光体 ， 很 少发 现贝 氏体 ， 这 与文 献 “ 中的结 果是一致的 。 本研究 中所得到 的实验 结果 和 结论 ， 不仅适 用 于作为 船板 钢 的低碳碳钢 的控制 轧制 及控制 冷却生产 ， 也可适 用于 其它 用途 的低碳碳钢 的控 制轧制 及控 制 冷却生产和 轧制 余 热形 变热 处理操作 。 北京钢铁学 院崔文暄 、 席存福 、 张东明参加 了本实验工 作 ， 王 有铭 、 韦光 、 陶洪畴参加 了轧 钢实验 ， 武汉钢铁 会司轧 板厂 袁政 、 傅智和 、 戴连生 参加 了此工 作 。 参 考 文 献 沪‘产，、产 工、沪卫， 〔 〕 〕 〔 月沪、产产、 〔 〕 〔 〕 〔 〕 ， ， ， ， ， ， 一 ” ， ， ” ， ， ， ， ， ， 一 一 ， 一 ， 等 ， 一 等 袁政 “ 船板 控 制轧制 及其工 艺参数 的 确定 ” ， 武钢技 术 ， 年 ， 第 期 。 ， ， ， ， ， ， ， ， ‘鑫 崔文 暄 、 王 有铭 、 李文 卿 、 韦光 、 陶洪畴 普通 低碳 钢控 制 轧制 的研究 一 ， 特 钢通 讯 首次全国特加学术报告会文 集 ， 年 ， 第 期 ， 页 。 北京钢铁学院李文 卿 、 崔文 暄 、 王 有铭 、 韦光 、 陶洪畴 ， 武 汉钢铁公司 轧板厂 普通 低碳 钢控 制 轧制 的研究 二 ， 特 钢通 讯 首次全 国特 加学术报告会文 集 ， 年 ， 第 期 ， 页 。 北京钢铁学院崔文 暄 、 李文 卿 、 王 有铭 、 韦光 、 陶 洪畴 ， 武 汉 钢铁公 司轧板 厂 哀 政 低碳钢控 制 轧制 中的组织 与性能 ， 北京钢铁学院学报 ， 年 ， 第 期 ， 页 。 张乐 明 、 李文 卿 控 制 轧制工 艺参数对 船板 的组织 和 冷脆 性的 影响 ， 年 ， 北京钢铁学院未发表 资料 毕 业论文