D0I:10.13374/i.issnl001t03.2007.0L.007 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 轧制工艺对CSP线热轧汽车用高强 钢板组织特征的影响 康永林)赵征志)于浩)毛新平傅杰) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)广州珠江钢铁有限责任公司，广州510730 3)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要研究了薄板坯连铸连轧(CSP)工艺生产高强度汽车用大梁板的工艺控制参数与力学性能和显微组织间的关系.根 据柔性工艺控制的指导思想，在珠钢电炉C$P流程下实现了生产不同级别高强度钢板的柔性轧制工艺·利用扫描电镜和透射 电镜研究了其组织和强度差异产生的原因。研究表明，钢板最终组织为多边形铁素体和少量珠光体组成，平均铁素体晶粒尺 寸约为3.7~5.6：当降低卷取温度，部分渗碳体已破碎成细小的碳化物粒子分布于铁素体基体上，钢板中有少量贝氏体出 现 关键词汽车大梁板；薄板坯连铸连轧(CSP):显微组织：力学性能；工艺参数 分类号TG142.1 薄板坯连铸连轧CSP(compact stri中p production) 围内采取灵活的柔性轧制工艺控制方法得到不同程 工艺是20世纪末开发成功的生产热轧板卷的一项 度性能级别的板带产品.本文根据柔性工艺控制的 短流程工艺，是继氧气顶吹转炉炼钢、连续铸钢之后 指导思想，在珠钢电炉CSP流程下实现了生产低碳 钢铁工业最重要的革命性技术之一，该技术具有投 高强度汽车板的柔性化生产技术，研究了钢板组织 资少、生产成本低、流程紧凑、自动化控制水平高、节 与性能之间的关系，并初步探讨了其强化机制 省能源、运行可靠等优点，从而得到了迅速发展，目 前，全球已投产的薄板坯连铸连轧生产线有39条， 1实验材料和方法 铸机54流山；到2005年底，我国薄板坯连铸连轧生 CSP生产高强度汽车大梁板的化学成分（质量 产线达到11条，连铸线21流，产能达到3100万 分数，%)为：C,0.17~0.19;Si,≤0.30；Mn, tra-l. ≤1.40；P,<0.020;S,<0.008;Cu,≤0.12；Al, 由于薄板坯连铸连轧工艺与传统工艺在钢铁冶 <0.040:Ti,≤0.020.表1为CSP工艺生产汽车大 金过程中的热历史不同，加上在连铸、均热、连轧及 梁板的轧制工艺参数和部分板卷力学性能 层流冷却过程中采取了液芯压下、电磁制动、充分长 表1SP生产汽车大梁板轧制工艺参数及力学性能 且灵活的隧道式加热、均热、高压除鳞、高精度连轧 Table 1 Mechanical properties and processing conditions of automo- 控制及灵活的层流冷却等一系列新的工艺控制技 bile beam steels produced by CSP 术，因此应充分认识到这些新的工艺特点，在新产品 编厚度/终轧温卷取温//6动 冷弯180° 号mm度/C度/℃MPaMPa% (d=0.5a) 开发、扩大品种规格范围等方面充分发挥其技术优 1年6.080058043058527.9 良好 势，薄板坯连铸连轧的研究及产品开发实践表明， 2#6.0800 560 46060530.0 良好 热轧薄板最终产品的组织性能不仅取决于冶金成 3*6.5790 54053566023.1良好 分，而且与各工艺过程环节的控制方法及参数密切 注：d为冷弯内径，a为钢板壁厚 相关，需要在各工艺过程中对其组织性能进行综合 的优化控制才能达到最佳效果.同时，在冶金成 在成品板上截取小块金相试样，将试样板面磨 平后机械抛光，用3%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在 分一定的条件下，根据产品订货要求，可以在一定范 LE0一1450扫描电子显微镜下观察显微组织，并利 收稿日期：2005-10-18修回日期：2006-07-03 用扫描电镜和X射线能谱(XEDS)对成品板的拉伸 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No-50334010) 试样进行了断口和夹杂物分析：另外，从成品板上 作者简介：康永林(1954一)男，教授.博士生导师 沿板面方向切取金属薄片，用MTP一1A型双喷减薄
轧制工艺对 CSP 线热轧汽车用高强 钢板组织特征的影响 康永林1） 赵征志1） 于 浩1） 毛新平2） 傅 杰3） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2） 广州珠江钢铁有限责任公司广州510730 3） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 摘 要 研究了薄板坯连铸连轧（CSP）工艺生产高强度汽车用大梁板的工艺控制参数与力学性能和显微组织间的关系．根 据柔性工艺控制的指导思想在珠钢电炉 CSP 流程下实现了生产不同级别高强度钢板的柔性轧制工艺．利用扫描电镜和透射 电镜研究了其组织和强度差异产生的原因．研究表明钢板最终组织为多边形铁素体和少量珠光体组成平均铁素体晶粒尺 寸约为3∙7～5∙6μm；当降低卷取温度部分渗碳体已破碎成细小的碳化物粒子分布于铁素体基体上钢板中有少量贝氏体出 现． 关键词 汽车大梁板；薄板坯连铸连轧（CSP）；显微组织；力学性能；工艺参数 分类号 TG142∙1 收稿日期：20051018 修回日期：20060703 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50334010） 作者简介：康永林（1954—）男教授博士生导师 薄板坯连铸连轧 CSP（compact strip production） 工艺是20世纪末开发成功的生产热轧板卷的一项 短流程工艺是继氧气顶吹转炉炼钢、连续铸钢之后 钢铁工业最重要的革命性技术之一．该技术具有投 资少、生产成本低、流程紧凑、自动化控制水平高、节 省能源、运行可靠等优点从而得到了迅速发展．目 前全球已投产的薄板坯连铸连轧生产线有39条 铸机54流［1］；到2005年底我国薄板坯连铸连轧生 产线达到11条连铸线21流产能达到3100万 t·a —1． 由于薄板坯连铸连轧工艺与传统工艺在钢铁冶 金过程中的热历史不同加上在连铸、均热、连轧及 层流冷却过程中采取了液芯压下、电磁制动、充分长 且灵活的隧道式加热、均热、高压除鳞、高精度连轧 控制及灵活的层流冷却等一系列新的工艺控制技 术因此应充分认识到这些新的工艺特点在新产品 开发、扩大品种规格范围等方面充分发挥其技术优 势．薄板坯连铸连轧的研究及产品开发实践表明 热轧薄板最终产品的组织性能不仅取决于冶金成 分而且与各工艺过程环节的控制方法及参数密切 相关需要在各工艺过程中对其组织性能进行综合 的优化控制才能达到最佳效果［2］．同时在冶金成 分一定的条件下根据产品订货要求可以在一定范 围内采取灵活的柔性轧制工艺控制方法得到不同程 度性能级别的板带产品．本文根据柔性工艺控制的 指导思想在珠钢电炉 CSP 流程下实现了生产低碳 高强度汽车板的柔性化生产技术研究了钢板组织 与性能之间的关系并初步探讨了其强化机制． 1 实验材料和方法 CSP 生产高强度汽车大梁板的化学成分（质量 分 数％） 为：C0∙17～0∙19；Si≤0∙30；Mn ≤1∙40；P＜0∙020；S＜0∙008；Cu≤0∙12；Al ＜0∙040；Ti≤0∙020．表1为 CSP 工艺生产汽车大 梁板的轧制工艺参数和部分板卷力学性能． 表1 CSP 生产汽车大梁板轧制工艺参数及力学性能 Table1 Mechanical properties and processing conditions of automobile beam steels produced by CSP 编 号 厚度／ mm 终轧温 度／℃ 卷取温 度／℃ σs／ MPa σb／ MPa δ／ ％ 冷弯180° （ d＝0∙5a） 1＃ 6∙0 800 580 430 585 27∙9 良好 2＃ 6∙0 800 560 460 605 30∙0 良好 3＃ 6∙5 790 540 535 660 23∙1 良好 注：d 为冷弯内径a 为钢板壁厚． 在成品板上截取小块金相试样将试样板面磨 平后机械抛光用3％的硝酸酒精溶液浸蚀后在 LEO—1450扫描电子显微镜下观察显微组织并利 用扫描电镜和 X 射线能谱（XEDS）对成品板的拉伸 试样进行了断口和夹杂物分析．另外从成品板上 沿板面方向切取金属薄片用 MTP—1A 型双喷减薄 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．007
第1期 康永林等：轧制工艺对CS线热轧汽车用高强钢板组织特征的影响 31. 仪制备成透射电镜试样，在JEM一2000FX透射电子 和抗拉强度均较高，而且延伸率达到了30.0%，综 显微镜下观察 合性能较好， 2实验结果与分析 在扫描电镜下观察成品板拉伸试样断口可以看 到，均为韧性断口，兼有韧窝和解理小面的特征（见 2.1力学性能分析 图1)·金属中存在的夹杂物和第二相粒子与基体间 从表1不同钢板轧制工艺参数及力学性能对比 的界面在变形时往往会应力集中而形成显微空穴， 可以看出，钢板的化学成分一致，通过采用不同的控 随着变形继续进行，显微空穴不断增加、扩大、互相 制工艺，获得了不同强度级别强韧性能良好的低碳 连接而导致最终的破断，这就是韧性断裂的原因， 高强度汽车板，卷取温度为580℃的1钢板的屈服 此外，显微空穴也会在显微疏松及微裂纹之类的缺 强度为430MPa,抗拉强度为585MPa,延伸率为 陷处产生)]，利用扫描电镜观察时发现，成品板中 27.9%.而卷取温度较低的3钢板屈服强度高达 夹杂物数量很少，且尺寸较为细小，多数夹杂物的尺 535MPa,比1#钢板屈服强度高出约105MPa,而其 寸在1~3m左右，主要为铝酸钙、氧化铝、硫化钙 抗拉强度达到了660MPa(比6.0mm钢板高出 或它们的复合物，由于精炼过程中进行深脱硫、深 75MPa),延伸率为23.1%，达到了590MPa级汽车 脱氧和钙处理，钢板中大部分夹杂物呈圆形或椭圆 大梁板的性能要求，对于2钢板来说，其屈服强度 形分散分布，球化较好，对产品性能不利影响较小. () Ca Kal OKal S Kal Mg Kal Fe Kal 1 Ca Kbl Fe Kbl 1.02.03.04.050607.08.09.010.0 E/keV 图1拉伸试样断口和夹杂物分析 Fig.1 Fracture feature of a tensile specimen and inclusion analysis by XEDS 2.2组织分析 呈现不规则的准多边形状，而且珠光体分布更加均 图2为汽车大梁板板面扫描电镜照片，从 匀.在光学显微镜下采用平均截线长法测定了1 图2(a)和(b)可以看出，1和2钢板成品板最终组 和3“钢板板面的平均铁素体晶粒尺寸分别为5.6 织由较为规则的多边形铁素体和少量珠光体组成， 和3.7m,而且钢板表面和心部晶粒尺寸相差不 2#试样板面铁素体晶粒明显更加细小均匀，另外， 大，根据Hall-Petch公式可以计算出晶粒细化强化 从图2（©）可以看出，卷取温度最低的3钢板铁素体 对两种规格钢板屈服强度的贡献分别为201.8MPa 晶粒细化的同时，其形貌也发生了较为明显的变化， 和248.2MPa,两者相差46.4MPa 图2CSP工艺生产汽车大梁板的扫描电镜组织.(a)1;(b)2;(c)3# Fig.2 SEM microstructures of automobile beam steels produced by CSP:(a)1;(b):(c)3 对于CSP工艺，由于原始铸坯薄、拉速快、冷却 区轧制细化Y晶粒尺寸，再通过Y未再结晶区轧制 速度高、偏析小以及奥氏体再结晶，使Y→α相变前 来提高Yα转变形核密度及Yα转变驱动力，对 奥氏体晶粒细小，轧制过程中，是先通过Y再结晶 获得伴随一定量变形带的细化奥氏体组织进行加速
仪制备成透射电镜试样在 JEM—2000FX 透射电子 显微镜下观察． 2 实验结果与分析 2∙1 力学性能分析 从表1不同钢板轧制工艺参数及力学性能对比 可以看出钢板的化学成分一致通过采用不同的控 制工艺获得了不同强度级别强韧性能良好的低碳 高强度汽车板．卷取温度为580℃的1＃钢板的屈服 强度为430MPa抗拉强度为585MPa延伸率为 27∙9％．而卷取温度较低的3＃ 钢板屈服强度高达 535MPa比1＃钢板屈服强度高出约105MPa而其 抗拉强度达到了660MPa （比6∙0mm 钢板高出 75MPa）延伸率为23∙1％达到了590MPa 级汽车 大梁板的性能要求．对于2＃钢板来说其屈服强度 和抗拉强度均较高而且延伸率达到了30∙0％综 合性能较好． 在扫描电镜下观察成品板拉伸试样断口可以看 到均为韧性断口兼有韧窝和解理小面的特征（见 图1）．金属中存在的夹杂物和第二相粒子与基体间 的界面在变形时往往会应力集中而形成显微空穴． 随着变形继续进行显微空穴不断增加、扩大、互相 连接而导致最终的破断这就是韧性断裂的原因． 此外显微空穴也会在显微疏松及微裂纹之类的缺 陷处产生［3］．利用扫描电镜观察时发现成品板中 夹杂物数量很少且尺寸较为细小多数夹杂物的尺 寸在1～3μm 左右主要为铝酸钙、氧化铝、硫化钙 或它们的复合物．由于精炼过程中进行深脱硫、深 脱氧和钙处理钢板中大部分夹杂物呈圆形或椭圆 形分散分布球化较好对产品性能不利影响较小． 图1 拉伸试样断口和夹杂物分析 Fig．1 Fracture feature of a tensile specimen and inclusion analysis by XEDS 2∙2 组织分析 图2 为汽车大梁板板面扫描电镜照片．从 图2（a）和（b）可以看出1＃和2＃钢板成品板最终组 织由较为规则的多边形铁素体和少量珠光体组成 2＃试样板面铁素体晶粒明显更加细小均匀．另外 从图2（c）可以看出卷取温度最低的3＃钢板铁素体 晶粒细化的同时其形貌也发生了较为明显的变化 呈现不规则的准多边形状而且珠光体分布更加均 匀．在光学显微镜下采用平均截线长法测定了1＃ 和3＃钢板板面的平均铁素体晶粒尺寸分别为5∙6 和3∙7μm而且钢板表面和心部晶粒尺寸相差不 大．根据 Hall—Petch 公式可以计算出晶粒细化强化 对两种规格钢板屈服强度的贡献分别为201∙8MPa 和248∙2MPa两者相差46∙4MPa． 图2 CSP 工艺生产汽车大梁板的扫描电镜组织．（a）1＃；（b）2＃；（c）3＃ Fig．2 SEM microstructures of automobile beam steels produced by CSP： （a）1＃；（b）2＃；（c）3＃ 对于 CSP 工艺由于原始铸坯薄、拉速快、冷却 速度高、偏析小以及奥氏体再结晶使γ→α相变前 奥氏体晶粒细小．轧制过程中是先通过γ再结晶 区轧制细化γ晶粒尺寸再通过γ未再结晶区轧制 来提高γ→α转变形核密度及γ→α转变驱动力．对 获得伴随一定量变形带的细化奥氏体组织进行加速 第1期 康永林等： 轧制工艺对 CSP 线热轧汽车用高强钢板组织特征的影响 ·31·
.32 北京科技大学学报 第29卷 冷却，可以使Y→α转变温度向着低温方向推移，这 氏体，导致其位错密度升高，出现位错发团和位错缠 将提高铁素体晶核形核率并降低晶界运动性能，从 结，甚至形成位错墙。位错密度的提高有助于提高 而达到较好的相变细化和组织细化效果[)， 钢材的强度[1 另外，在3钢板组织中还观察到了少量粒状贝 氏体，对比工艺参数可知，由于其卷取温度较低，轧 后冷却速度相对较高，根据现场实际测量结果，其轧 后冷却速度大于15℃s1.文献[5]研究表明：终轧 后增加冷却速度至20℃s时，出现贝氏体，形成 铁素体和贝氏体的混合组织，随着冷却速度进一步 增加，相变产物中贝氏体所占的比例增加，从而增加 钢板的强度，但其韧性略有降低， 在1#和2*钢板纵向剖面有带状组织产生，1# 试样较为明显，而3试样没有产生铁素体/珠光体 图3CSP工艺生产汽车大梁板的透射电镜组织.(a)1:(b) 的带状组织，由于带状组织的存在，增加了钢板的 3 各向异性，可导致钢板横向冷弯性能的降低，冷弯时 Fig.3 TEM microstructures of automobile beam steels produced by CSP:(a)1+:(b)3+ 易出现裂纹，并且使钢板的横向延伸率明显低于纵 向延伸率，降低其断面收缩率.而且带状组织还使 位错相当于一条线性畸变区，原子沿着位错线 材料横向低温冲击韧性恶化，增大轧后冷却速度还 进行迁移要比晶内容易，所以位错往往是晶体内部 可以有效减轻带状组织，采用较低的卷取温度时， 进行扩散的方便渠道，温度越低，位错对扩散的作用 轧后冷却速度增大，奥氏体向铁素体的实际相变开 越大，文献研究表明[8]：对于CSP工艺，整个带钢 始温度降低，造成过冷度增加，从而提高形核率，增 基体上的碳平衡浓度是不均匀的，在轧制和保温过 加晶内形核数，这样相变后所获得的铁素体晶粒也 程中，碳原子更易于向位错或位错缠结堆积的区域 就随着变小，珠光体分布均匀，使强度提高，另一方 扩散.位错密度越高，碳平衡浓度也越高，这样就使 面，在随后的控制冷却过程中，形变储存能将促进大 得位错周围不断富碳.相变后由于浓度梯度和化学 量细小弥散的二相粒子析出，沉淀强化对钢强度的 位梯度，具有较高位错密度的珠光体岛上的过饱和 提高也做出了贡献[6]. 碳原子向贫碳区扩散.渗碳体的形核驱动力是最低 图3为CSP工艺生产的汽车大梁板的透射电 的(~0.5eV),因此由于动力学优势使过饱和的碳 镜组织照片，由图3(a)可以看出，1#钢板的珠光体 原子不断形核，并长大形成碳化物粒子].较高的 组织中有少量渗碳体片层开始断裂，打断，呈不连续 位错密度增加了碳原子与位错的结合程度，当碳原 的点列状或链状分布，部分呈粒状弥散分布在珠光 子和位错的界面能高于渗碳体碳中原子和铁原子的 体岛上，对于强度较高的3°钢板，见图3(b),其铁 结合能时，使得位错不断从渗碳体中拖曳碳原子，由 素体晶粒细化的同时，珠光体分布更加均匀，且大部 于Gibbs一Thompson效应，使得短棒状的渗碳体不 分渗碳体已破碎成细小的碳化物粒子分布于铁素体 断溶解、收缩变短，形成细小的球形碳化物粒子分布 基体上 于珠光体岛上10]，如图3（凸）所示，控制轧制后，加 金属塑性变形的物理实质基本上是位错运动， 速冷却所引起钢板力学性能变化是铁素体晶粒细化 在塑性变形中，位错之间、位错与溶质原子、间隙原 和珠光体组织变化综合影响的结果， 子以及空位之间、位错与第二相质点之间都会发生 2.3纳米碳化物对HSLC钢的强化作用 相互作用，引起位错数量、分布和组态的变化，在 表2为利用化学相分析以及X射线小角散射 CSP工艺连轧过程中，随着累积变形量的增加，位错 对CSP工艺生产的高强度汽车大梁板的电解粉末 密度明显增加，对于1#钢板，其卷取温度较高，变 组成及粒度进行分析研究结果， 形后的冷却速率较低，金属变形过程中产生的位错 实验结果表明，两种汽车大梁板中纳米级碳化 能够在变形过程中通过交滑移等方式运动，使部分 物总量几乎相同，其碳化物粒子平均尺寸在几十至 位错消失，部分重新排列，造成奥氏体的回复，使得 100多nm之间.但是，两种钢板中碳化物尺寸有差 其位错密度降低，而3#钢板，由于其卷取温度较 别，强度较高的3·钢板中纳米级碳化物粒子平均尺 低，变形后的冷却速率较高，并且出现了部分粒状贝 寸小于强度较低的1#钢板，3#钢板中尺寸<18nm
冷却可以使γ→α转变温度向着低温方向推移这 将提高铁素体晶核形核率并降低晶界运动性能从 而达到较好的相变细化和组织细化效果［4］． 另外在3＃钢板组织中还观察到了少量粒状贝 氏体．对比工艺参数可知由于其卷取温度较低轧 后冷却速度相对较高根据现场实际测量结果其轧 后冷却速度大于15℃·s —1．文献［5］研究表明：终轧 后增加冷却速度至20℃·s —1时出现贝氏体形成 铁素体和贝氏体的混合组织．随着冷却速度进一步 增加相变产物中贝氏体所占的比例增加从而增加 钢板的强度但其韧性略有降低． 在1＃和2＃钢板纵向剖面有带状组织产生1＃ 试样较为明显而3＃试样没有产生铁素体／珠光体 的带状组织．由于带状组织的存在增加了钢板的 各向异性可导致钢板横向冷弯性能的降低冷弯时 易出现裂纹并且使钢板的横向延伸率明显低于纵 向延伸率降低其断面收缩率．而且带状组织还使 材料横向低温冲击韧性恶化．增大轧后冷却速度还 可以有效减轻带状组织．采用较低的卷取温度时 轧后冷却速度增大奥氏体向铁素体的实际相变开 始温度降低造成过冷度增加从而提高形核率增 加晶内形核数这样相变后所获得的铁素体晶粒也 就随着变小珠光体分布均匀使强度提高．另一方 面在随后的控制冷却过程中形变储存能将促进大 量细小弥散的二相粒子析出沉淀强化对钢强度的 提高也做出了贡献［6］． 图3为 CSP 工艺生产的汽车大梁板的透射电 镜组织照片．由图3（a）可以看出1＃钢板的珠光体 组织中有少量渗碳体片层开始断裂打断呈不连续 的点列状或链状分布部分呈粒状弥散分布在珠光 体岛上．对于强度较高的3＃钢板见图3（b）其铁 素体晶粒细化的同时珠光体分布更加均匀且大部 分渗碳体已破碎成细小的碳化物粒子分布于铁素体 基体上． 金属塑性变形的物理实质基本上是位错运动 在塑性变形中位错之间、位错与溶质原子、间隙原 子以及空位之间、位错与第二相质点之间都会发生 相互作用引起位错数量、分布和组态的变化．在 CSP 工艺连轧过程中随着累积变形量的增加位错 密度明显增加．对于1＃钢板其卷取温度较高变 形后的冷却速率较低金属变形过程中产生的位错 能够在变形过程中通过交滑移等方式运动使部分 位错消失部分重新排列造成奥氏体的回复使得 其位错密度降低．而3＃ 钢板由于其卷取温度较 低变形后的冷却速率较高并且出现了部分粒状贝 氏体导致其位错密度升高出现位错发团和位错缠 结甚至形成位错墙．位错密度的提高有助于提高 钢材的强度［7］． 图3 CSP 工艺生产汽车大梁板的透射电镜组织．（a） 1＃；（b） 3＃ Fig．3 TEM microstructures of automobile beam steels produced by CSP：（a）1＃；（b）3＃ 位错相当于一条线性畸变区原子沿着位错线 进行迁移要比晶内容易所以位错往往是晶体内部 进行扩散的方便渠道温度越低位错对扩散的作用 越大．文献研究表明［8］：对于 CSP 工艺整个带钢 基体上的碳平衡浓度是不均匀的．在轧制和保温过 程中碳原子更易于向位错或位错缠结堆积的区域 扩散．位错密度越高碳平衡浓度也越高这样就使 得位错周围不断富碳．相变后由于浓度梯度和化学 位梯度具有较高位错密度的珠光体岛上的过饱和 碳原子向贫碳区扩散．渗碳体的形核驱动力是最低 的（～0∙5eV）因此由于动力学优势使过饱和的碳 原子不断形核并长大形成碳化物粒子［9］．较高的 位错密度增加了碳原子与位错的结合程度当碳原 子和位错的界面能高于渗碳体碳中原子和铁原子的 结合能时使得位错不断从渗碳体中拖曳碳原子由 于 Gibbs—Thompson 效应使得短棒状的渗碳体不 断溶解、收缩变短形成细小的球形碳化物粒子分布 于珠光体岛上［10］如图3（b）所示．控制轧制后加 速冷却所引起钢板力学性能变化是铁素体晶粒细化 和珠光体组织变化综合影响的结果． 2∙3 纳米碳化物对 HSLC 钢的强化作用 表2为利用化学相分析以及 X 射线小角散射 对 CSP 工艺生产的高强度汽车大梁板的电解粉末 组成及粒度进行分析研究结果． 实验结果表明两种汽车大梁板中纳米级碳化 物总量几乎相同其碳化物粒子平均尺寸在几十至 100多 nm 之间．但是两种钢板中碳化物尺寸有差 别强度较高的3＃钢板中纳米级碳化物粒子平均尺 寸小于强度较低的1＃钢板．3＃钢板中尺寸＜18nm ·32· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第1期 康永林等：轧制工艺对CSP线热轧汽车用高强钢板组织特征的影响 33 和<36nm的纳米级碳化物的质量分数均比1*钢 素体基体上， 板中纳米级碳化物的质量分数大，其中尺寸<18nm 参考文献 粒子的质量分数大1倍.这些不同尺寸的碳化物粒 [1]施设，王泰昌.我国薄板坯连铸连轧建设和生产情况∥薄板坯 子应能对钢板起到沉淀强化作用叮.其粒子尺寸 连铸连轧技术交流与开发协会第二次技术交流会论文集.扬 上的差别，可能与钢的组织细化和析出形态有关，关 州，2005：85 [2]康永林，傅杰，王中丙，等.薄板坯连铸连轧钢的组织性能综合 于CSP低碳钢中弥散沉淀相的结构、析出规律及强 控制理论及应用∥薄板坯连铸连轧技术交流与开发协会第二 化机理有待更深入的研究， 次技术交流会论文集.扬州，2005：106 表2两种汽车大梁板不同粒度纳米碳化物的质量分数 [3]霍向东，王元立，柳得橹，等.CSP低碳钢板的组织和性能.钢 Table 2 Mass fraction of cementite with different diameters in auto- 铁研究学报，2004,16(3)：55 mobile beam steels % [4]康永林，于浩，王克鲁，等.CSP低碳钢薄板组织演变及强化机 编号 <18nm <36nm 理研究，钢铁，2003,38(8)：20 总量 1年 [5]孙贤文，霍向东，柳得橹，等.控制冷却对CSP低碳锰钢组织和 2.696 0.0027 0.270 性能的影响.北京科技大学学报，2004,26(3)：268 3* 2.707 0.0054 0.309 [6]杨春楣，彭建.终轧温度和轧后冷却对含NbV微合金钢性能 的影响.金属成形工艺，2000,18(3)：12 3 结论 [7]王克鲁，康永林，于浩，等.CSP工艺热轧低碳带钢位错形貌及 密度分析.北京科技大学学报，2003,25(6)：591 (1)以C一Mn钢成分为基础，在珠钢电炉CSP [8]Hong M H,Reynolds W T.Tarui T,et al.Atom probe and 流程下通过采取不同的控制工艺，获得了不同强度 transmission electron microscopy investigations of heavily drawn pearlitic steel wire.Metall Trans A.1999.30A:717 级别强韧性能良好的低碳高强度汽车板·钢板板面 [9]Languillaume J.Kapelski G.Baudelet B.Cementite dissolution in 的平均铁素体晶粒尺寸约为3.7~5.6m,且钢板 heavily cold drawn pearlitic steel wires.Acta Mater,1997,45 表面和心部晶粒尺寸相差不大， (3):1201 (2)汽车大梁板成品板组织为多边形铁素体和 [10]Yu H.Ren H.Kang Y L.et al.Carbon diffusion in hot strips 少量珠光体组成，当卷取温度较低，轧后冷却速度 of low carbon steel produced by CSP line under different thermal histories.Mater Sci Technol.2005,21(1):5 增大时，钢板铁素体晶粒明显细化，呈不规则的多变 [11]傅杰，康永林，柳得橹，等.CSP工艺生产低碳钢中的纳米碳 形状，并有少量贝氏体出现，珠光体分布更加均匀， 化物及其对钢的强化作用.北京科技大学学报，2003,25(4)： 且部分渗碳体已破碎成细小的碳化物粒子分布于铁 328 Effects of processing parameters on the microstructural characteristics of high strength automobile beam steels produced by CSP KANG Yonglin.ZHAO Zhengzhi,YU Hao,MAO Xinping2,FU Jie 1)Materials Science and Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Guangzhou Zhujiang Iron and Steel Co.Ltd.,Guanghou 510730,China 3)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The effects of controlled rolling and controlled cooling parameters on the microstructure and me chanical properties of high strength automobile beam steels produced by CSP technology were investigated.Ac- cording to the theory of flexible technology,the processing of automobile beam steels with different strength grades by EAF-CSP technology was developed in Zhujiang Steel,China.The differences of microstructure and strength were analyzed by using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy.It is shown that the final microstructure is mainly of polygonal ferrite and some pearlite,and the average ferrite grain size is about 3.7~5.6m.With decreasing coiling temperature,the cementite lamella of hot strips is fractured and transformed into discrete cementite particles,which is distributed throughout the ferrite matrix.It is also no- ticed that some granular bainite appears in the microstructure. KEY WORDS automobile beam steel:compact strip production (CSP);microstructure;mechanical proper- ties;processing parameters
和＜36nm 的纳米级碳化物的质量分数均比1＃ 钢 板中纳米级碳化物的质量分数大其中尺寸＜18nm 粒子的质量分数大1倍．这些不同尺寸的碳化物粒 子应能对钢板起到沉淀强化作用［11］．其粒子尺寸 上的差别可能与钢的组织细化和析出形态有关关 于 CSP 低碳钢中弥散沉淀相的结构、析出规律及强 化机理有待更深入的研究． 表2 两种汽车大梁板不同粒度纳米碳化物的质量分数 Table2 Mass fraction of cementite with different diameters in automobile beam steels ％ 编号 总量 ＜18nm ＜36nm 1＃ 2∙696 0∙0027 0∙270 3＃ 2∙707 0∙0054 0∙309 3 结论 （1） 以 C—Mn 钢成分为基础在珠钢电炉 CSP 流程下通过采取不同的控制工艺获得了不同强度 级别强韧性能良好的低碳高强度汽车板．钢板板面 的平均铁素体晶粒尺寸约为3∙7～5∙6μm且钢板 表面和心部晶粒尺寸相差不大． （2） 汽车大梁板成品板组织为多边形铁素体和 少量珠光体组成．当卷取温度较低轧后冷却速度 增大时钢板铁素体晶粒明显细化呈不规则的多变 形状并有少量贝氏体出现珠光体分布更加均匀 且部分渗碳体已破碎成细小的碳化物粒子分布于铁 素体基体上． 参 考 文 献 ［1］ 施设王泰昌．我国薄板坯连铸连轧建设和生产情况∥薄板坯 连铸连轧技术交流与开发协会第二次技术交流会论文集．扬 州2005：85 ［2］ 康永林傅杰王中丙等．薄板坯连铸连轧钢的组织性能综合 控制理论及应用∥ 薄板坯连铸连轧技术交流与开发协会第二 次技术交流会论文集．扬州2005：106 ［3］ 霍向东王元立柳得橹等．CSP 低碳钢板的组织和性能．钢 铁研究学报200416（3）：55 ［4］ 康永林于浩王克鲁等．CSP 低碳钢薄板组织演变及强化机 理研究．钢铁200338（8）：20 ［5］ 孙贤文霍向东柳得橹等．控制冷却对 CSP 低碳锰钢组织和 性能的影响．北京科技大学学报200426（3）：268 ［6］ 杨春楣彭建．终轧温度和轧后冷却对含 Nb—V 微合金钢性能 的影响．金属成形工艺200018（3）：12 ［7］ 王克鲁康永林于浩等．CSP 工艺热轧低碳带钢位错形貌及 密度分析．北京科技大学学报200325（6）：591 ［8］ Hong M HReynolds W TTarui Tet al．Atom probe and transmission electron microscopy investigations of heavily drawn pearlitic steel wire．Metall Trans A199930A：717 ［9］ Languillaume JKapelski GBaudelet B．Cementite dissolution in heavily cold drawn pearlitic steel wires．Acta Mater199745 （3）：1201 ［10］ Yu HRen HKang Y Let al．Carbon diffusion in hot strips of low carbon steel produced by CSP line under different thermal histories．Mater Sci Technol200521（1）：5 ［11］ 傅杰康永林柳得橹等．CSP 工艺生产低碳钢中的纳米碳 化物及其对钢的强化作用．北京科技大学学报200325（4）： 328 Effects of processing parameters on the microstructural characteristics of high strength automobile beam steels produced by CSP KA NG Yonglin 1）ZHAO Zhengz hi 1）Y U Hao 1）MAO Xinping 2）FU Jie 3） 1） Materials Science and Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Guangzhou Zhujiang Iron and Steel Co．Ltd．Guangzhou510730China 3） Metallurgical and Ecological Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT The effects of controlled rolling and controlled cooling parameters on the microstructure and mechanical properties of high strength automobile beam steels produced by CSP technology were investigated．According to the theory of flexible technologythe processing of automobile beam steels with different strength grades by EAF-CSP technology was developed in Zhujiang SteelChina．The differences of microstructure and strength were analyzed by using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy．It is shown that the final microstructure is mainly of polygonal ferrite and some pearliteand the average ferrite grain size is about3∙7～5∙6μm．With decreasing coiling temperaturethe cementite lamella of hot strips is fractured and transformed into discrete cementite particleswhich is distributed throughout the ferrite matrix．It is also noticed that some granular bainite appears in the microstructure． KEY WORDS automobile beam steel；compact strip production （CSP）；microstructure；mechanical properties；processing parameters 第1期 康永林等： 轧制工艺对 CSP 线热轧汽车用高强钢板组织特征的影响 ·33·