D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.01.008 第21卷第4期 北京科技大学学报 Vol.21 No.4 1999年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1999 控轧过程中KQ450钢的晶粒 细化和析出物行为 白元强”刘春明”边建华”邱利”翟少岩)方克明” 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)首都钢铁公司技术中心，北京1000413)北京科技大学应用科学学院 摘要通过定量金相、扫描电镜、透射电镜和X射线小角度散射方法研究KQ450微合金钢在 不同控制轧制条件下，工艺参数对其铁素体晶粒细化和析出物行为的影响.结果表明：加热温 度对KQ450微合金钢晶粒粗化比较敏感：析出相是面心立方结构的NbC,VC和V(CN).析出 物的平均尺寸随冷却速度的增大而减小， 关键词KQ450微合金钢：控制轧制；铁素体晶粒细化；析出物 分类号TG142.33 KQ450是一种屈服强度为450MPa级的微 尺寸、沉淀物的影响，热模拟控制工艺参数见表 合金化钢，用来生产高强度板材.其基本组织为 1.1"成品板材的轧制工艺与2#相同. 铁素体和珠光体，其最主要的强化方式是晶粒 表】热模拟工艺参数表 细化和沉淀强化，即通过铁素体晶粒的细化可 试样号冷却速度/℃·s1加热温度/℃终轧温度/℃ 达到提高C,降低脆性转化温度FATT的目的四. 2# 1200 850 采用控制轧制工艺轧制的板材，铁素体晶粒不 3 1150 850 仅比普通热轧法生产的细小，而且还能比正火 4 1250 850 处理的细小四.在控制轧制过程中V,Nb等微合 5 1200 800 金元素以碳化物或碳氮化物弥散析出，起到沉 6 1200 900 7 2 1200 850 淀强化的作用.本文的目的是通过模拟不同的 8 1200 850 轧制工艺，研究工艺参数对KQ450微合金钢铁 注：2为典型工艺 素体晶粒尺寸、晶粒大小的均匀性及其形状的 影响，分析析出物的结构、形态、大小及分布特 金相试样的的观察面均垂直于轧制方向， 征. 用4%硝酸酒精腐蚀后在光学显微镜和剑桥 S250MKII扫描电子显微镜下观察其显微组织， 1试验材料及试验方法 并用定量金相方法测出铁素体晶粒的平均尺 寸，透射样品用双喷电解抛光法制备，电解液为 试验用钢为首都钢铁公司生产的KQ450微 5%高氯酸加95%无水乙醇.在日立H-800透射 合金钢，其成分：w(C0.10%一0.18%；w(Si)一 电子显微镜下观察析出物的结构、形态、大小及 0.15%~55%;w(Mn)一1.0%~5.0%：w(S)-≤ 分布特征.并用3014X光衍射光谱仪，即Kratky 0.03%:w(P)一≤0.03%：w(V)-≤0.13%：wNb一 小角测角仪测定析出相的粒度分布. 0.02%0.60%.1"样品直接从成品板材上截 取，板厚16mm.2#~8#样品从成品板材上截 2试验结果及分析 取后加工成φl0mm×l5mm的柱体，在Gleeble 2000热模拟试验机上进行轧制工艺模拟试验， 2.1控制轧制工艺参数对铁素体晶粒的影响 固定轧制道次为3道，轧后试样厚为7mm,改 (1)加热温度的影响.加热温度对轧前原始 变加热温度、终轧温度、冷却速度研究其对晶粒 奥氏体晶粒大小和轧制后的性能及组织均有影 1998-07-31收稿白元强女，工程师 响.表2是加热温度、终轧温度和冷却速度对铁
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 心 控轧过程 中 钢 的晶粒 细化和析 出物行为 白元强 ‘ ’ 刘春明 ， 边建华 ‘ ’ 邱 利 ， 翟少岩 ” 方克 明 ” 北京科技大学材料科学与工程学院 ， 北京 首都钢铁公司技术中心 ， 北京 北京科技大学应用科学学院 摘 要 通过定量金 相 、 扫描 电镜 、 透射 电镜和 射线 小角度 散射方法 研 究 微合 金 钢 在 不 同控制轧制条件下 ， 工 艺参数对其铁 素体 晶粒 细 化和 析 出物行 为 的影 响 结 果表 明 加 热温 度对 微 合金钢 晶粒粗化 比较敏感 析 出相 是 面心 立 方 结构的 ， 和 析 出 物 的平均尺 寸随冷却速度的增大而减小 关键词 微合 金钢 控制轧制 铁 素体 晶粒细 化 析 出物 分 类号 是 一 种 屈 服 强度 为 级 的微 合 金化钢 ， 用 来生产高强度板材 其基本组 织为 铁素 体 和 珠光 体 ， 其 最 主 要 的强 化 方式 是 晶粒 细 化和 沉淀强 化 ， 即通过铁素体 晶粒 的细 化 可 达 到提高氏 降低脆性转化温 度 户 ， 的 目的‘” 采用 控制 轧 制工 艺 轧 制 的板材 ， 铁 素体 晶粒 不 仅 比普通热轧 法 生产 的细 小 ， 而 且 还 能 比正 火 处 理 的细 小‘ 在控制 轧制 过 程 中 ， 等微 合 金 元 素 以碳化物或碳氮化 物弥散析 出 ， 起 到沉 淀 强化 的作用 本文 的 目的是 通 过 模拟 不 同 的 轧制 工 艺 ， 研 究工 艺 参数对 微合 金 钢 铁 素体 晶粒 尺 寸 、 晶粒 大 小 的均匀性 及 其 形 状 的 影 响 ， 分析析 出物 的 结构 、 形 态 、 大 小及 分布特 征 试验材料及试验方法 试验用钢 为首都钢铁 公 司 生产 的 微 合 金 钢 ， 其 成 分 一一 一 一 一 一 一 一簇 一延 一共 伽 一 一 ” 样 品 直 接从 成 品 板材 上 截 取 ， 板 厚 “ 一 ” 样 品 从成 品板 材上 截 取 后 加 工 成 中 的柱 体 ， 在 热 模拟 试 验机 上 进行 轧 制工 艺模拟试 验 ， 固 定轧制道 次 为 道 ， 轧 后 试 样 厚 为 ， 改 变加热温度 、 终轧温度 、 冷却速度研 究其 对 晶粒 一 一 收稿 白元 强 女 ， 工 程 师 尺 寸 、 沉淀物 的影 响 热模拟 控制 工 艺 参数见 表 ” 成 品板材 的轧制 工 艺 与 “ 相 同 表 热模拟工艺参数表 试样号 冷却速度 ℃ · 一 ’ 加热温度 ℃ 终轧温度 ℃ 井 自 注 ‘ 为典型工艺 金 相 试 样 的 的观 察 面 均 垂 直 于 轧 制 方 向 ， 用 硝 酸 酒 精 腐 蚀 后 在 光 学 显 微 镜 和 剑 桥 扫描 电子 显 微镜 下 观察其 显微组织 ， 并 用 定 量 金 相 方 法 测 出 铁 素 体 晶 粒 的平 均 尺 寸 透 射样 品用双 喷 电解 抛 光法制备 ， 电解液为 高氯酸 加 无 水 乙 醇 在 日立 一 透射 电子 显 微镜 下 观 察析 出物 的 结构 、 形 态 、 大 小及 分 布特 征 并用 光 衍 射 光谱仪 ， 即 小 角测 角仪 测 定 析 出相 的粒 度 分 布 试验结果及分析 控制轧制工艺参数对铁素体晶粒的影响 加热温度 的影 响 加热温度对轧前原始 奥 氏体 晶粒 大 小和 轧制后 的性 能及 组 织均有影 响 表 是 加 热温 度 、 终 轧温度和冷 却 速度对 铁 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．04．008
·346 北京科技大学学报 1999年第4期 素体品粒尺寸的影响，可以看到，在轧制道次和 铁素体品粒细化， 变形相同的条件下，加热温度为1150和 (3)冷却速度的影响.随者冷却速度的增 1200℃时，铁素体品粒尺寸基本保持在比较细 加，铁素体品粒细化.当冷却速度由1℃s增n 小状态，但当加热温度升高到1250℃时，铁素 到4℃s时，铁赛体晶粒的平均尺寸由12μm细 体品粒尺寸明成增大，这是由加热温度升高， 化到9.3山m.这是由于冷却速度增加，终轧到相 原始奥氏体品粒显著长大，基体中的沉淀物大 变的延续时间缩短，奥氏体不易长大，相变时铁 部分都溶解了，其阻碍品粒长大的作用减小其 素体形核率增加的缘故，此外，轧后的冷却速度 至消失.可见加热温度对KQ450微合金钢品粒 除对铁素体晶粒有影响外，对组织组成物也有 粗化比较敏感，加热温度不宜高于1200℃， 较大影响.图1是不同冷却速度下KQ450的显 表2工艺条件对铁察体晶粒尺寸的影响 微组织.可以看到在快冷试样7“及8“中，除铁 加热品粒终轧晶粒 冷却温 晶粒 素体和珠光体组织外，还出现了针状铁素体及 温度/℃尺寸μm温度℃尺寸μm度/℃s‘尺寸um 少量贝氏体组织：而且随冷却速度增加，钢中还 1150(3y13.37800(5)13.4 1(29 12.0 出现了伪共析组织. 1200(2)12.00850(2)12.0 27) 10.9 2.2控制轧制过程中析出物的析出状态 125044)22.509006')16.1 48) 9.3 (1)析出物的相分析，用电子衍射分析方法 (2)终轧温度的影响.多道次轧制时随音终 和X射线衍射分析方法对钢中弥散析出相进行 轧温度的降低，奥氏体的冷加工程度逐渐增加， 了物相鉴定，结果表明有钒和铌的碳化物或碳 在随后的相变过程中的形核位置相应增多，铁 氨化物，图2是析出相VC和基体α相重选的电 素体晶粒细化，而终轧温度高，轧后到达相变点 子衍射谱，标定结果为VC的(100)品带轴的衍 前在高温下停留的时间长，奥氏体品粒长大，当 射，VC为面心立方结构，晶格常数为0.417nm, 终轧温度由900降低到800℃，铁素体品粒尺寸 V(CN)和NbC也是面心立方结构，其品格常数 减小了近3m.可见适当降低终轧温度有利下 分别为0.413nm和0.440nm 25m 25出m 图1不同冷却避度下KQ50高强度铜的显微组织)1Cs:(b)1℃s:(c)4℃s (2)析出物的形状、分布及析出位置.透射 T. 301. 电镜观察结果表明析出物形状大体为方形和球 022 002 形.在原奥氏体品界、铁素体基体，位错线上都 T10. 有析出物析出.图3和图4分别是在铁素体基 020 体和位错线上析出物的形貌像.控制轧制过程 中铌和钒的弥散析出物可以阻碍奥氏体晶粒长 大，阻碍奥氏体的再结晶并起到细化铁素体晶 粒的作用.图5是典型的析出物呈带状排列的 相间析出形貌，带间距约为30m.这种带状排 列的微细颖粒使铁素体抵抗塑性变形的能力增 加，使钢的强度进一步提高， 图2析出物的电子衍射罐标定结果
Vol.21 No.4 元强等：控轧过程中KQ50锅的晶粒细化和析出物行为 ·347: 100 pm 田3铁豪体上析出物的TEM照片()明场.h)暗场 图4位错线上的析出物 (3)折出物的粒度分布.X光小角散射法测 定的结果具有宏观统计意义，可以比较完整地 得出钢中析出物的尺寸及尺寸分布范围.图6 是X射线小角度散射法测定的析出物粒度分 布结果.粒子直径在】~280m范围内.总之， 在本实验条件下，析出物的平均尺寸都比较细 小，成品板材1试样中，有52%的颗粒尺寸20 m.由于质量分数相同时，粒子尺寸越小其个 数也就越多，可以认为成品板材中细小析出物 100.nm 颗粒数目相对较多，这与透射电镜的观察结果 图5铁素体上呈带状的相间析出TEM照片 一致.比较图6中7“和8“试样的实验结果可 d/nm % d/nm % 8 d/nm % 35 010 38.7 0-10 19.0 c-10 2.5 30 10-20 13.4 10-20 18.1 10-20 14.3 20-30 20-30 10.0 20-30 12.3 25 3040 5.5 30-40 10.9 30-40 9.3 40-60 40-60 8.8 40-60 10.1 20 60-80 60-80 10.2 60-80 7.9 80-120 0 80-120 7.5 80-120 1.5 15 120-220 7.8 120-160 7.1 120-160 67 160-220 4.3 160-220 4.1 160-220 41 220-280 8.2 220-280 4.3 220-280 5.2 5 d/nm 图6析出物的粒度分布 以看出，增大冷却速度对析出物的平均尺寸有 细化. 细化作用，这是由于增大冷却速度抑制或推迟 (2)几种控制轧制工艺下，析出物的析出位 了部分粒子的形核，固溶体的过饱和度增大，其 置大致相同，在原奥氏体品界、铁素体基体、位 后的形核率增大，导致析出物的平均尺寸减小. 错线等位置都有析出.铁素体基体上有些析出 物是以相间析出方式析出的，析出相是面心立 3结论 方结构的NbC、VC和V(CN),晶格常数分别为 (1)加热温度对KQ450微合金钢晶粒粗化 0.440、0.417和0.413nm. 比较敏感，加热温度不宜高于1200℃，在降低 (3)析出物的平均尺寸随冷却速度的增加 终轧温度时提高冷却速度有利于铁素体晶粒的 而减小
·348 北京科技大学学报 1999年第4期 参考文献 及轧后快冷的研究.钢铁，1984,196)：11 3蒋克，陶佑卿微合金碳氮化物形貌、结构及化学组成的 】刘永铨.钢的热处理.北京：冶金工业出版社，1981138 研究.钢铁研究，1990(1)43 2崔文喧，戴品光，曹厚义，芦文增.含铌低碳钢控制轧制 Grain Refinement and Precipitation Behavior in KQ450 Steels during Controlled Rolling Bai Yuanqiang,Liu Chunming,Bian Jianhua,Oiu Li',Zhai Shaoyan",Fang Keming" 1)Material Science and Engineering School ,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Technology Center of Capital Iron and Steel Corp.Beijing 100041 ,China 3)Applied Science School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The effect of hot-working parameters on the ferrite grain refinement and precipitation behavior of KQ450 steel during different controlled rolling have been investigated by means of quantitative metallog- raphy,SEM,TEM and X-ray small angle scatter analysis.The results show that heating temperature is suscep- tible to the ferrite grain size of KQ450 steel;the precipitated phases are NbC,VC and V(CN);With increasing cooling rate the average size of the precipitated phases decrease. KEY WORDS KQ450 microalloy steel;controlled rolling;ferrite grain refinement;precipitated phase (上接第344页) Development of Hot-rolled Drawn Axle-housing Steel Chu Yuanzhang,Qi Peng,Di Lihua Material Seience and Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT During the development of axle-housing steel,the composition and hot-rolling schedules have been studied and determined,the mechanics properties and formability of axle-housing steel have been tested, and the effects of composition and hot-rolling schedules on the mechanics properties and formability of axle- housing steel have been analyzed. KEY WORDS axle-housing steel;composition techniques of hot-rolling;properties
· 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 参 考 文 献 刘永栓 钢 的热处理 北京 冶金工业 出版社 ， 崔文喧 ， 戴品光 ， 曹厚义 ， 芦文增 含妮低碳钢控制轧制 及轧后快冷的研究 钢铁 ， ， 蒋克 ，陶佑卿 微合金碳氮化物形貌 、 结构及化学组成的 研究 钢铁研究 ， ，’， 才 ’， ， ” ， ，七 叮 心 ’ ， ， ， ， ， ， ， 一 ， ， 一 ， 币 上 接第 页 一 一 月 口 ， ， ， ， ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 一 一