D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.01.018 第27卷第1期 北京科技大学学报 VoL.27 No.1 2005年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2005 TSCR工艺生产F钢相变及组织演变规律 熊雪英)于浩)康永林”刘晓)方圆) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)上海宝钢技术中心，上海201900 摘要采用Gleeble-l500热模拟试验机，研究了薄板坯连铸连轧工艺条件下(TSCR)无间隙 原子钢（佃钢）的动态连续冷却转变规律，并分析了其组织演变规律，研究表明：TF钢的相 变开始温度随着冷却速度的增大而下降，即A如降低，有利于低温终轧，并获得性能良好的F 钢.同时F钢的硬度值随着冷却速度的增大而增大，冷却速度从1℃s变化到30℃s时，RB 从53.4增加到68.3，即其强度随冷却速度增大而增加. 关键词薄板坯连铸连轧：无间隙原子钢：连续冷却转变：组织 分类号TG151.3 F钢即无间隙原子钢，是深冲性能良好的冲 0.0016%;Si为0.012%；Mm为0.16%：P为0.009%； 压用钢.低温加热、低温终轧、高温卷取有利于F S为0.0028%；A1为0.036%；Ti为0.07%. 钢获得良好的深冲性能.因此，研究F钢的相 热模拟实验在Gleeble--l500热模拟试验机上 变规律对低温终轧生产F钢具有指导意义， 进行，热模拟试样是直接对F钢连铸坯进行车削 薄板坯连铸连轧因其高效、节能、投资成本 加工而成，根据设备及实验工艺要求，将试样加 低等优势已在国际冶金界得到广泛关注，在国内 工成φ8mm×12mm的圆柱.考虑到薄板坯连铸连 更是得到迅猛地发展，已投产的薄板坯连铸连轧 轧的工艺特征及元素的固溶和析出物的重熔，将 生产线7条，还有几条正在规划之中.与传统工 试样加热至接近熔点温度的1450℃.根据TSCR 艺相比，CSP技术由于其金属学特点一直接热 有关工艺参数制定动态连续冷却转变(CCT)实 装料、轧制和冷却，不存在Y→a→Y重结晶过程， 验路线见图1. 而有利于热轧带钢的晶粒细化、强度增加和韧性 e-41.6% 提高.随着我国薄板坯连铸连轧工艺的进一步发 1450℃ h℃s t-1000℃e=14.3% 展，适应市场需求，开发新产品的任务越来越迫 8=1s1 1400 t-950℃ M 切1.鉴于目前没有TSCR工艺生产F钢的相关 5℃1s5℃S 20s-1 报道，因此有必要探索TSC℉工艺生产代表薄钢 板最高水平的F钢的工艺控制技术，为TSCR生 100℃s 产具有高性能、高附加值的产品及开发新品种提 1,3,5,7,10 供理论依据. 15,20,30/℃ 本文利用热模拟机和金相显微镜研究TSCR 时间s 工艺条件下F钢的动态连续冷却转变规律和显 图1CCT实验工艺 微组织特征，并分析有关工艺参数的影响. Fig.1 Diagram of CCT experiment 1材料及实验方法 2 结果分析及讨论 实验用料取自宝钢生产的T-F钢连铸坯， 2.1动态CCT曲线及硬度测量结果 其中化学成分（质量分数）：C为0.0020%：N为 实验所测得的不同冷速下F钢的相变开始 收稿日期：200403-24修回日期：200407-06 温度和相变结束温度及硬度测量值如表1. 基金项目：国家自然科学基金资助项目No.50334010) 从表1可以看出，实验用F钢的硬度值随冷 作者简介：熊雪英(1980一)，女，项士研究生 速的提高而增大，冷速较小时，硬度增加趋势较
第 ，卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 淞 ’ 哪牙 恤 】 工艺生产 钢相 变及组织演变规律 熊 雪 英 ” 于 浩 ” 康永林 ” 刘 晓 ” 方 圆 ” 北 京科技大 学 材料 科学与 工 程学 院 ， 北京 上海 宝 钢 技术 中心 ， 上海 摘 要 采 用 卜 热模拟 试验 机 ， 研 究 了薄板坯 连铸连 轧工 艺 条件 下汀 无 间 隙 原 子 钢 钢 的动态 连 续冷 却 转变规律 ， 并 分 析 了其 组 织演变规 律 研究表 明 二 一 钢 的相 变 开 始温度随着冷却 速度 的增大 而 下 降 ， 即 降低 ， 有 利 于 低温 终 轧 ， 并获 得性 能 良好 的 钢 同 时 钢 的硬 度值随 着冷却速度 的增 大 而 增 大 ， 冷却 速度从 ℃ 变化 到 ℃ 时 ， 从 增 加 到 ， 即其 强度 随冷却 速度 增 大而 增 加 关键 词 薄板坯 连铸连 轧 无 间 隙原 子钢 连 续冷却 转变 组 织 分 类号 钢 即无 间 隙原 子钢 ， 是 深 冲 性 能 良好 的冲 压 用钢 低 温 加 热 、 低温 终轧 、 高温 卷 取 有利 于 钢 获得 良好 的深 冲 性 能 ‘ 因此 ， 研 究 钢 的相 变 规 律对 低 温 终 轧 生产 钢 具 有 指 导 意 义 薄 板坯 连 铸连轧 因其 高效 、 节 能 、 投 资成 本 低 等优 势 已 在 国际冶 金 界 得 到 广 泛 关注 ， 在 国 内 更 是得 到迅 猛 地 发展 己 投 产 的薄板坯连铸连 轧 生 产 线 条 ， 还 有 几 条 正 在 规 划 之 中 与传 统 工 艺相 比 ， 技 术 由于其 金 属 学 特 点— 直 接 热 装 料 、 轧制 和 冷 却 ， 不 存 在丫 丫重 结 晶过 程 ， 而 有 利 于 热 轧带钢 的 晶粒 细 化 、 强度 增 加 和 韧性 提 高 随着 我 国薄板坯连铸连 轧 工 艺 的进 一 步 发 展 ， 适应 市 场 需 求 ， 开 发 新产 品 的任 务越 来 越 迫 切 。 ， 鉴 于 目前 没 有 工 艺 生产 钢 的相 关 报道 ， 因 此 有 必 要 探索 工 艺 生 产代 表 薄钢 板最 高水 平 的 钢 的工 艺控 制 技 术 ， 为 生 产 具 有 高性 能 、 高 附加值 的产 品及 开发 新 品种 提 供 理 论 依 据 本 文 利 用 热 模拟 机 和 金 相 显 微 镜研 究 工 艺 条 件 下 钢 的动 态 连 续 冷 却 转 变 规 律和 显 微 组 织特 征 ， 并 分 析 有 关 工 艺参 数 的影 响 为 为 为 为 为 为 热 模 拟 实验 在 一 热 模 拟 试 验机 上 进 行 热模拟 试样 是 直接对 钢 连铸 坯 进行 车 削 加 工 而成 根 据 设 备 及 实验 工 艺 要 求 ， 将试 样 加 工 成邮 的 圆柱 考 虑 到 薄 板 坯 连 铸 连 轧 的工 艺特 征及 元 素 的 固溶和 析 出物 的重熔 ， 将 试 样 加 热 至 接 近熔 点温度 的 ℃ ， 根据 有 关 工 艺参 数 制 定动 态 连 续 冷 却 转 变 实 验 路 线 见 图 ℃ ’ 杯瀚憾 ‘ 拼 ℃ 护 一 ， 一 、、 ℃ 、 召口奋‘ 侧、娟 ， ， ， ， ， ， ℃ 时间 图 实验工 艺 电 妇 材 料 及 实验 方 法 实验 用 料 取 自宝钢 生 产 的 ，】 钢 连铸 坯 ， 其 中化 学 成 分 质 量 分 数 为 为 收稿 日期 刁 佗 修回 日期 刁 刁 差 金项 目 国家 自然科学基 金 资助 项 目 作 者简介 熊雪英 压一 ， 女 ， 硕 士 研 究生 结 果 分 析 及 讨论 动 态 曲线 及硬 度 测 结 果 实验 所 测 得 的不 同冷 速 下 钢 的相 变 开 始 温 度 和 相 变 结 束温 度 及 硬 度 测 量 值 如 表 从 表 可 以看 出 ， 实验 用 钢 的硬 度 值 随冷 速 的提 高而 增 大 冷速 较 小 时 ， 硬 度 增 加 趋 势 较 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2005．01．018
Vol.27 No.1 熊雪英等：TSCR工艺生产F钢相变及组织演变规律 ·73· 表1平钢不同冷速下的相变温度及硬度值 Table 1 Transformation temperatures and HRB values of IF steel at different cooling rates 冷速（℃s) 1 3 10 15 20 30 Ar/℃ 917.97 908.20 903.32 903.09 901.29 888.67 901.32 898.44 Ar/℃ 827.64 814.36 802.11 788.97 781.25 775.66 769.04 747.07 HRB 53.43 54.65 56.32 56.73 58.60 59.27 63.20 68.30 缓慢，但当冷速值达到15℃s时，硬度增长趋势 1000 A 加快，因为当冷速在一定范围内变化时，随着冷 900 APA 速的提高，变形晶粒的回复软化作用减弱，组织 800 中保留了密度较高的缺陷（如位错等），产生加工 C 700 世 硬化，硬度增加周 600 图2是F钢的动态CCT曲线图.从中可以看 500 出，随冷却速度的增加，奥氏体一铁素体相变温 400 30 冷速（℃·s) 26 度A逐渐降低，但变化范围不大.当冷却速度为 300 151075 200 1℃s时，A为917.97℃；而当冷却速度为30℃s, 9 100 A为898.44℃，仅降低了19.53℃.实验冷速范围 时间/s 内，Y+a两相区的温度范围较大，均在90-150℃之 图2F钢动态CCT曲线 间，奥氏体一铁素体相变是扩散型相变，当冷却 Fig.2 Dynamic CCT curves of IF steel 速度加快时，原子扩散速度会减慢，造成相变温 可以看出，铁素体呈多边形状，晶粒尺寸不均匀， 度降低。 随着冷速的增大，晶粒尺寸明显减小，但是当冷 22显微组织 速达到20℃s,晶粒细化效果减弱.对于同样的变 不同冷速下试样的显微组织见图3.从图中 形条件，随着冷却速度的提高晶粒明显变细，冷 a) 6 0.05mm 0.05mm 0.05mm (e 0.05mm 0.05mm 0.05mm 0.05mm 0.05mm 图3不同冷速下的显微组织.(a)1℃/sb)3℃/s;()5℃/s;(d)7℃s;(e)10℃/s;(015℃/s;(g)20℃/s;)30℃s Fig3 Microstructures of IF steel at different cooling rates:(a1c/s;(b)3℃/s;(c)5℃/s;(d)7℃s;(e)10℃s;(015℃s; (g20℃/s;(h)30℃/s
熊雪 英 等 工 艺 生 产 妞 钢 相 变 及 组织演 变 规律 表 砰 钢 不 同冷速下 的相 变温 度 及 硬 度值 竹 ， 免邝 冷速 ℃ · 一 〕 ℃ 汉℃ 缓 慢 ， 但 当冷速 值 达 到 ℃ 时 ， 硬 度 增 长趋 势 加 快 因 为 当冷 速 在 一 定 范 围 内变 化 时 ， 随着冷 速 的提 高 ， 变 形 晶粒 的回复 软 化 作 用 减 弱 ， 组 织 中保 留 了密度 较 高 的缺 陷 如位 错 等 ， 产 生加 工 硬 化 ， 硬 度 增 加 ‘ 图 是 钢 的动 态 曲线 图 从 中可 以看 出 ， 随冷 却 速 度 的增 加 ， 奥 氏体一铁 素 体 相 变 温 度 七 逐 渐 降低 ， 但 变 化 范 围不 大 当冷 却速 度 为 ℃ 时 ， 为 ℃ 而 当冷 却速 度 为 ℃ ， 为 ℃ ， 仅 降低 了 ℃ 实验 冷 速 范 围 内 ， 两相 区 的温度 范 围较 大 ， 均 在 一 ℃ 之 间 奥 氏体一铁 素 体 相 变 是扩 散 型 相 变 ， 当冷 却 速 度 加 快 时 ， 原 子 扩 散 速 度 会 减慢 ， 造 成 相 变温 度 降低 显 微组 织 不 同冷 速 下 试 样 的显微 组 织 见 图 从 图 中 抢 」 、 、 、 、 一 侧、妮尸 ‘以， 才 八“ ﹄ 冷速 · 一 ， ︸，‘气、 时间 图 钢 动 态 曲线 扭 可 以看 出 ， 铁 素 体呈 多边 形状 ， 晶粒 尺 寸 不均 匀 随着冷 速 的增 大 ， 晶粒 尺 寸 明显 减 小 ， 但 是 当冷 速达 到 ℃ ， 晶粒 细 化 效果 减弱 对 于 同样 的变 形 条 件 ， 随着 冷 却 速 度 的提 高 晶粒 明显 变 细 ， 冷 图 不 同冷 速 下 的显微组织 伪 ℃ ℃ ， ℃ 勺 ， ， 月免 如 ℃ ℃ ， ℃ 仍 ℃厄 ℃ 向 ℃份
·74 北京科技大学学报 2005年第1期 速为1℃s时，晶粒比较粗大，达37.13m:当冷速 参考文献 为15℃s晶粒明显变小，在晶界处有一些比较细 [1】康永林现代汽车板的质量控制与成形性.北京：冶金工业 小的等轴铁素体.随着冷却速度的进一步降低， 出版社，1999 铁素体晶粒变得更细，在晶界处，甚至在晶粒内 [2]Gunter F,Karl E H.Extension of product range and perspectives of CSP technology.MPT Int,2000(1):54 部也有少量铁素体析出，而且特别细小.这说明， [3]Gunter F,Wolfgang H,Franz H,et al.CSP-The advanceded tech- 随过冷度的增加，晶内和晶界形核同时进行，增 nology for mine-mills leading into the next century.MPT Int, 加了铁素体形核位置和形核率，使晶粒细化 1997(3):64 [4]YU H,Kang YL,Xiong X Y,et al.Quantitive analysis on streng- 3结论 thening mechanism of ultra-thin hot strip of low carbon steel pro- duced by CSP techingue.J Univ Sci Technol Beijing,2004,11 (5)425 (1)随冷却速度的增加，奥氏体一铁素体相变 [5]Yu H,Kang Y L,Dong H B.Microstructure and strengthening 温度Ar逐渐降低，但变化范围不大.在实验冷速 parameters of ultra-thin hot strip of low carbon steel.J Univ Sci 范围内，y+a两相区的温度范围较大，均在 Technol Beijing,2002,9(5):356 90-150℃之间. [6)于洁，康永林，柳得橹，等.轧制工艺对Z刀400热轧板带组织 和性能的影响.北京科技大学学报，2001,23(6)：526 (2)F钢的硬度值随冷速的提高而增大.冷却 [刀于浩，蓝洪波，王克鲁，等.CSP热轧低碳钢力学性能各向异 速度较小时，硬度增加趋势较缓慢：但当冷速值 性的影响因素分析.北京科技大学学报，2003,25（增刊）： 达到15℃s时，硬度增长趋势加快. 1I6 (3)铁素体晶粒呈多边形状，尺寸不均匀，随 [8]于浩，康永林，王克鲁，等，CSP低碳钢薄板坯连铸连轧的 连续冷却转变及显徽组织细化.铜铁研究学报，2002,14 着冷却速度的增大，晶粒明显细化；当冷却速度 (1):42 达到20℃/s,晶粒细化效果减弱. Dynamic continuous cooling transformation and microstructure evolution of IF steel by simulating TSCR XIONG Xueying,YU Hao,KANG Yonglin,LIU Xiao,FANG Yuan 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Technic Center,BaoSteel Group Company,Shanghai 20190,China ABSTRACT By using a Gleeble-1500 thermomechanical simulator,the laws of dynamic continuous cooling transformation and microstructure evolution of interstitial free steel(IF steel)produced by TSCR were investigated. It was found that the transformation temperature Ar,decreases with the cooling rate increasing,which is beneficial to the low-temperature finish rolling and more excellent property of IF steel.The hardness increases with increasing the cooling rate.When the cooling rate rises from 1'C/s to 30 C/s,the HRB value correspondingly increases from 53.43 to 68.3.As a result,the strength improves with increasing the cooling rate. KEY WORDS TSCR,IF steel,continuous cooling transformation;microstucture
， 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 速 为 ℃ 时 ， 晶粒 比较粗 大 ， 达 林 当冷速 为 巧 ℃ 晶粒 明显变 小 ， 在 晶界 处有 一 些 比较 细 小 的等轴 铁 素 体 随着 冷 却 速 度 的进 一 步 降低 ， 铁 素 体 晶粒 变得 更 细 ， 在 晶界 处 ， 甚至 在 晶粒 内 部也 有 少量 铁 素体 析 出 ， 而 且特 别 细 小 这说 明 ， 随过 冷度 的增 加 ， 晶 内和 晶界 形 核 同 时进 行 ， 增 加 了铁 素 体 形 核位 置 和 形 核 率 ， 使 晶粒 细 化 结 论 随冷却 速度 的增加 ， 奥 氏 体一铁 素体相 变 温 度 户山 逐渐 降低 ， 但 变 化 范 围不大 在 实验 冷速 范 围 内 ， 两 相 区 的 温 度 范 围 较 大 ， 均 在 一 ℃ 之 间 钢 的硬 度 值 随冷速 的提 高而 增 大 冷 却 速 度较 小 时 ， 硬 度 增 加 趋 势较缓 慢 但 当冷 速 值 达 到 ℃ 时 ， 硬 度增 长 趋势 加 快 铁 素 体 晶粒 呈 多边 形 状 ， 尺 寸不 均 匀 随 着冷 却 速度 的增 大 ， 晶粒 明显 细 化 当冷 却速 度 达 到 ℃ ， 晶粒 细 化 效 果减 弱 参 考 文 献 【 康永林 现代汽车板 的质 量控 制与成 形性 北 京 冶 金工 业 出版社 ， 伽加 幻 。 助 】 罗 ‘ 如 ， 」 ， 晓叨比 ， 一 留 一 叮 ， 践 ， ， 恤画 】 苗 】 比 二加 撼 加 ， ， ， 助 ， ， 浦 枉 叮田旧 侧 。 双 扮 介‘ 砚 加‘ ， 环 于 洁 ，康永林 ，柳 得槽 ， 等 轧制工 艺 对 热 轧板带组 织 和 性能 的影 响 · 北 京科技 大 学学报 ， ， 于 浩 ，董 洪波 ， 王 克鲁 ， 等 热轧低碳钢 力 学性 能各 向异 性 的影 响 因 素分析 北京科技大 学 学报 ， ， 增 刊 于浩 ， 康永林 ， 王 克鲁 ， 等 低碳钢薄板 坯连铸连 轧 的 连续冷却 转变及 显 微组 织 细化 钢铁研 究学报 ， ， 如 讥 力 口 而即召叹多 尹 口， 尤咬刃 卿岁， ’ ， 厂刀刃 山 ， ， ， 介 俪 ， 奴 〔 扮 即 侧吐 ， 腼 山 ， 」 一 五 ， 仆即叭 加均 而 奴 加 ， 田” 场 吐 ， 、 吨 幼 五 刃。 侧 吨 从飞 ， 比 ， 七 幼 戏 ，