控制冷却对CSP低碳锰钢组织和性能的影响

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2004.03.011 第26卷第3期 北京科技大学学报 Vol.26N0.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2004 控制冷却对CSP低碳锰钢组织和性能的影响 孙贤文》霍向东》柳得橹》康永林”毛新平)陈贵江)李烈军) 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 摘要利用Gleeble 1500热模拟机测定了薄板坯连铸连轧EAF-CSP工艺生产的低碳含锰钢 经奥氏体区二次变形后的CCT曲线.实验钢含有0.17%C,1.21%M血和0.28%Si(质量分数).研 究表明：提高热轧后的冷却速度使A温度降低，导致试验钢的晶粒进一步细化：冷速大于 20℃s时，出现贝氏体和铁素体的混合组织，可降低钢的屈强比；790℃终轧，550℃卷曲时出现 铁素体/珠光体带状组织，提高冷速使溶质（如M血和C)富集区在形成珠光体之前完成奥氏体 一铁素体相变是避免生成铁素体/珠光体带状组织的有效方法， 关键词薄板坯连铸连轧；EAF-CSP工艺；动态CCT曲线；控制冷却；低碳锰钢 分类号TG142.1 薄板坯连铸连轧CSP生产线可对钢坯的整 度较低又限制了晶界的运动能力，降低长大速 个热轧和轧后冷却工艺过程（包括均热、轧制、冷 率，造成铁素体晶粒的细化.加速冷却还可阻止 却及卷曲)进行严格控制，形成了较为完整的形 转变前己经细化的奥氏体晶粒长大，同样有利于 变热处理技术，批量生产的低碳钢板卷强度大幅 细化铁素体晶粒.加速冷却在细化铁素体晶粒 提高.由于低碳钢通常在轧后的冷却过程中发 的同时也细化了珠光体，减少了珠光体的量，可 生奥氏体的分解转变，热轧板的最终组织与晶粒 减轻或消除珠光体带状组织，特别是可减小珠光 尺寸是由轧后的奥氏体组织和输出辊道上的冷 体的片层间距和渗碳体层的厚度、 却条件所决定的)，因此，控制冷却工艺是控制钢 热轧后的开始冷却温度或终轧温度、冷却速 板最终组织与使用性能的关键环节之一. 度以及终冷温度是影响低碳钢板力学性能的重 在奥氏体一铁素体相变的过程中，铁素体的 要因素例，其中冷却速度的变化对力学性能的影 形成要经历形核、生长和粗化三个过程，已有的 响最为明显，较低的终轧温度和终冷温度也可以 实验结果表明：在变形和连续冷却条件下，最终 获得优良的力学性能.也有文献指出，开始冷却 的铁素体晶粒尺寸不仅由原奥氏体晶内和晶界 温度和终冷温度的影响不大，本文对珠钢薄板坯 上的形核率决定，在铁素体晶粒生长并相互碰撞 EAF-CSP生产线的低碳钢轧后冷却速度进行了 后的粗化速度也起着非常重要的作用.一般认 实验测定，并对不同工艺参数得到的钢板组织进 为，通过再结晶控制轧制不能产生晶粒尺寸小于 行了观察和比较，讨论了轧后冷速、终轧温度和 20m的奥氏体组织，因而仅仅依靠控制钢的再 终冷温度对成品板组织的影响. 结晶过程能够得到的最小铁素体晶粒尺寸为10 m水平.对薄板坯连铸连轧CSP工艺生产的低 1实验材料和方法 碳钢板实验结果表明，大量热轧钢板的铁素体晶 实验用钢取自珠钢EAF-CSP薄板坯连铸连 粒平均直径远远小于10um,薄规格钢板为4um, 轧生产线生产的高强度汽车钢的薄板连铸坯，其 最小的接近3m.显然，这是钢板在热轧和终轧 化学成分（质量分数）：C为0.17%，Mn为1.21%， 后的冷却过程中由Y→α相变导致晶粒进一步细 Si为0.28%，P为0.023%，S为0.004%，Cu为 化的结果 0.11%.在Gleeble1500热模拟试验机上实验测定 轧后快速冷却使y→a相变开始温度(Ar)移 了实验钢的动态连续冷却转变曲线(CCT曲线) 向较低温，这就提高了铁素体的形核率，同时温 由连铸坯（厚度50mm)加工成中间带凹槽的样 收稿日期200306-11孙贤文男，25岁，硕士 品，试样形状与尺寸见图】，样品的轴向和铸坯 *新一代钢铁材料国家4973”课题资助项目No.G1998061500)

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 控制冷却对 低碳锰钢组织和性能的影响 孙 贤文 ” 霍向 东 ‘， 柳得槽 ” 康永林 ‘， 毛新 平 ， 陈贵江 ” 李烈 军 ， 北 京科技大 学材料科学 与 工 程 学 院 ， 北 京 广 州珠江 钢铁有 限责任 公 司 ， 广 州 摘 要 利用 热模拟 机测 定 了薄板坯 连铸连 轧 曰 工 艺 生 产 的低碳含锰钢 经 奥 氏体 区 二 次变形 后 的 曲线 实验钢 含有 ， 和 质量 分 数 研 究表 明 提 高 热 轧后 的冷 却 速度 使 温度 降低 ， 导致试 验钢 的 晶粒进 一 步细 化 冷速 大 于 ℃ 时 ， 出现 贝 氏体和 铁素体 的混 合组 织 ， 可 降低钢 的屈 强 比 ℃ 终轧 ， ℃ 卷 曲时 出现 铁 素体 珠光 体 带状 组 织 ， 提 高冷速使溶质 如 和 富集区 在 形 成珠 光 体之 前完成 奥 氏体 一铁素体相 变是避免生 成 铁 素体 珠 光体带 状组 织 的有 效方 法 关键词 薄板坯 连铸连 轧 一 工 艺 动态 曲线 控 制冷却 低碳 锰钢 分 类号 薄板 坯 连 铸 连 轧 生产 线 可 对 钢 坯 的整 个 热 轧和 轧后 冷 却工 艺过程 包 括均 热 、 轧 制 、 冷 却 及 卷 曲 进 行 严 格 控 制 ， 形 成 了较 为 完 整 的形 变 热 处理技 术 ， 批量 生产 的低碳钢 板卷 强度 大幅 提 高‘叫 由于低 碳 钢 通 常在 轧后 的冷 却 过 程 中发 生 奥 氏体 的分解转变 ， 热 轧板 的最 终组 织 与 晶粒 尺 寸 是 由轧 后 的奥 氏体 组 织 和 输 出辊 道 上 的冷 却 条件所决定 的‘ ，， 因此 ， 控制 冷却 工 艺是控 制钢 板 最 终组 织 与 使用 性 能 的关 键 环 节 之 一 在 奥 氏体 一 铁 素 体相 变 的过 程 中 ， 铁 素 体 的 形 成 要 经 历 形 核 、 生 长 和 粗化 三 个 过 程 ， 己有 的 实验 结果表 明 叶， 在变 形和 连 续冷 却 条件 下 ， 最 终 的铁 素 体 晶粒 尺 寸 不 仅 由原 奥 氏体 晶 内和 晶界 上 的形核 率 决 定 ， 在铁 素 体 晶粒 生长 并相 互碰撞 后 的粗 化速 度 也 起 着 非 常 重 要 的作 用 一 般 认 为 ， 通 过 再 结 晶控 制轧制不 能产 生 晶粒 尺 寸小于 阿 的奥 氏体 组 织 ， 因而 仅 仅 依靠 控 制 钢 的再 结 晶过 程 能够 得到 的最 小铁 素 体 晶粒 尺 寸 为 “ 川 水 平‘ 对 薄板 坯 连 铸连 轧 工 艺 生产 的低 碳钢板 实验 结果 表 明 ， 大量 热 轧钢 板 的铁 素 体 晶 粒平 均直 径 远 远 小 于 林 ， 薄 规格钢 板 为 ” ， 最 小 的接近 显 然 ， 这 是 钢 板 在 热 轧 和 终轧 后 的冷 却 过 程 中 由 相 变 导 致 晶粒 进 一 步 细 化 的结果 轧后 快速 冷 却 使 相 变 开 始温度 移 向较低 温 ， 这 就提 高 了铁 素 体 的形 核 率 ， 同时温 收稿 日期 一 孙 贤 文 男 ， 岁 ， 硕 士 新一 代钢 铁 材料 国家 “ ，，课题资助项 目 度 较 低 又 限制 了 晶界 的运 动 能 力 ， 降低 长 大 速 率 ， 造 成 铁 素 体 晶粒 的细 化 伟， 加 速 冷 却还 可 阻止 转 变前 己 经 细化 的奥 氏体 晶粒 长 大 ， 同样 有 利 于 细 化铁 素体 晶粒〔， 加 速 冷 却 在 细 化 铁 素 体 晶粒 的 同 时也 细 化 了珠 光 体 ， 减 少 了珠 光 体 的量 ， 可 减 轻或 消除珠光 体 带状 组 织 ， 特 别 是可 减 小珠 光 体 的片层 间距 和 渗碳体层 的厚度 热 轧后 的开 始冷 却温 度 或 终 轧温度 、 冷 却速 度 以及 终 冷温 度 是 影 响 低 碳 钢 板 力学 性 能 的重 要 因素 冈 ， 其 中冷 却 速 度 的变 化 对 力 学性 能 的影 响最 为 明显 ， 较低 的终 轧温 度和 终冷温度 也可 以 获 得优 良的力 学 性 能 也 有 文 献 指 出 ， 开始 冷 却 温度 和 终冷 温 度 的影 响不 大 本文对 珠钢 薄板 坯 一 生 产 线 的低 碳钢 轧 后 冷 却 速度 进 行 了 实验 测 定 ， 并对 不 同工 艺参数得 到 的钢 板 组 织 进 行 了观 察 和 比较 ， 讨论 了轧 后 冷速 、 终 轧温 度 和 终冷温 度对 成 品板 组 织 的影 响 实验 材 料 和 方 法 实验用 钢 取 自珠 钢 毛 薄板 坯 连 铸连 轧 生产 线生产 的高强度汽 车 钢 的薄板连铸 坯 ， 其 化 学成 分 质量 分 数 为 ， 为 ， 为 ， 为 ， 为 ， 为 在 热模拟试 验 机 上 实验 测 定 了实验 钢 的动 态 连 续冷 却转变 曲线 曲线 由连 铸 坯 厚度 加 工成 中 间带 凹 槽 的样 品 ， 试样 形 状 与 尺 寸见 图 ， 样 品 的轴 向和 铸 坯 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．03．011

VoL.26 No.3 孙贤文等：控制冷却对CSP低碳锰钢组织和性能的影响 ·269· 的拉速方向一致.试样以10℃s的速度加热到 1000 1150℃，固溶处理15min后以10℃s的速度冷却 800 到1000℃，压缩变形50%（压下7.5mm),变形速 率5/s:再以8℃5的速度冷却到850℃，变形30% 600 (压下2.25mm),变形速率50/s.试样变形后分别 400 采取1,5,10,20,30,50℃s的冷速冷却到400℃，然 200 冷却速度℃s 503029105 后空冷到室温（如图2所示）.用热膨胀法测定试 1 10 100 1000 样在不同冷速下的相变点，对不同冷却制度的试 时间s 样制备成金相样品用扫描电镜观察其组织. 图3CSP工艺低碳锰钢经1000℃和850℃二次变形后 的动态CCT曲线 Fig.3 CCT curves of CSP low carbon Mn-containing steel 10 deformed at 1 000 and 850 C 40 40 分明显，片层间距在0.5μm以下；当冷速为5℃s 15 时，铁素体平均晶粒直径在10m左右，珠光体团 图1热模拟实验样品的形状和尺寸(mm) 变得更加细小、弥散：当冷速为10℃s时，室温组 Fig.1 Specimen shape and size for thermal simulation ex- 织进一步细化，但仍为铁素体和珠光体的混合组 periments 织：冷速为20℃s时，铁素体和珠光体的数量减 1150℃ 10℃/s 少，沿原奥氏体晶界有魏氏组织铁素体形成：随 w 1000℃变形 着冷速提高到30℃s和50℃s时，有明显的贝氏 8℃s 850℃变形30% 体形成，并且冷速越快贝氏体所占的体积分数就 10℃s 越大. 文献[10]指出轧后加速冷却可从以下三个方 冷却速度/℃s5030201051 面产生强化效果，即：1)提高晶粒的细化程度：2) 产生沉淀强化；3)产生贝氏体强化.钢板加速冷 时间/s 却获得的屈服强度增量△a,和抗拉强度增量△ 图2热模拟实验测定动态CCT曲线工艺 可分别由下式给出： Fig.2 Schematic diagram of the process for CCT curve de- △a,=△(Kyd)+△omta, termination by thermal simulation △，=△(Kd)+△o'+Kafi+B. 2 实验结果与讨论 其中，K,和K是Hal-Petch方程中的比例常数，d是 铁素体的晶粒尺寸，K是因贝氏体所引起的强化 按照图2所示的工艺测定实验钢的动态CCT 因子，后是贝氏体体积分数，△a和△o'分别是加 曲线如图3所示，可以看出：随着冷却速度增加， 速冷却对屈服强度和抗拉强度产生的沉淀强化 奥氏体一铁素体的开始转变温度A显著降低. 增量，a和B为修正项.由上述公式可见，铁素体 当冷速达到50℃s时，Ar在600℃以下(598℃)； 晶粒细化可以同时提高屈服强度和抗拉强度，而 珠光体形成温度A,随冷却速度增加也有下降的 加速冷却产生的贝氏体强化不仅细化了有效晶 趋势，但要缓慢得多.增加冷却速度显著降低 粒尺寸且对强度有贡献，其相变应力场还对抗拉 Ar,并使Y一a转变的过冷度增加，所以它不但提 强度的增加有明显贡献，因而一定体积分数的 高了a新相的形核率，并且延缓α晶粒向未相变 贝氏体组织可以降低屈强比.由于屈强比是钢材 的Y母相中的生长，导致最终组织中铁素体的晶 一个重要的性能指标，结构钢一般都要求高屈服 粒尺寸减小. 强度和较低屈强比，如果能够通过控制轧制和冷 按照图2所示的工艺（在1000℃和850℃变 却工艺参数在钢板中既得到较细的铁素体晶粒， 形后冷却)进行热模拟实验，经不同冷速冷却到 又生成部分贝氏体，就可能在获得高屈服强度的 室温的试样组织如图4所示.当冷速为1℃时 同时，降低材料的屈强比. 得到的是铁素体十珠光体的混合组织，多边形铁 针对珠钢CSP工艺生产的同一化学成分的 素体的晶粒直径约10~20μm,珠光体片层结构十 低碳锰钢，采取了800,790,770℃三种终轧温度以

孙 贤 文等 控制 冷 却 对 低碳锰钢 组 织 和 性 能 的 影 响 一 的拉 速 方 向一 致 试 样 以 ℃ 的速 度 加 热 到 ， 固溶 处 理 后 以 的速 度 冷 却 到 ℃ ， 压 缩 变 形 压 下 ， 变 形速 率 再 以 ℃ 的速 度 冷 却 到 ℃ ， 变 形 压 下 口 ， 变 形 速 率 试 样 变 形 后 分 别 采 取 ， ， ， ， ， 的冷速 冷却 到 ， 然 后 空冷 到 室 温 如 图 所 示 用 热膨 胀 法 测 定试 样在 不 同冷速 下 的相变 点 对 不 同冷 却 制度 的试 样 制 备 成 金 相 样 品用 扫 描 电镜 观 察其 组 织 勺 忿 、 谴‘野。 、 ‘ 。 飞、 点些里匕 期 斗 万 ， … 乳 ， ‘ 曰 口 月 曰 产 月 乙 图 热模拟实验 样品 的形 状 和 尺 寸 抚 加 ℃ ℃ 了 场州 ℃变形 刻 此 ‘ ℃ “ 曝戴 么 冷却速度 时 间 图 热模拟实验 测 定 动 态 曲线 工 艺 认 实验 结 果 与讨 论 按 照 图 所 示 的工 艺测 定 实验 钢 的动 态 曲线 如 图 所 示 可 以看 出 随着冷 却 速 度 增 加 ， 奥 氏体一铁 素体 的开 始 转 变 温 度 显 著 降低 当冷速 达 到 ℃ 时 ， 在 ℃ 以下 ℃ 珠 光 体 形 成 温 度 ， 随冷 却速度 增 加 也 有 下 降 的 趋 势 ， 但 要 缓慢 得 多 增 加 冷 却 速 度 显 著 降低 」， 并使 一 转变 的过冷 度 增 加 ， 所 以它 不 但 提 高 了 新 相 的形 核 率 ， 并 且 延 缓 晶粒 向未 相 变 的丫母 相 中的 生 长 ， 导 致 最 终 组 织 中铁 素 体 的 晶 粒 尺 寸减 小 按 照 图 所 示 的工 艺 在 ℃ 和 ℃ 变 形 后 冷 却 进 行 热 模 拟 实验 ， 经 不 同冷速 冷 却 到 室 温 的试 样组 织 如 图 所 示 当冷速 为 ℃ 时 得 到 的是铁 素体 珠 光 体 的混 合 组 织 ， 多边形 铁 素 体 的 晶粒直 径 约 一 林 ， 珠光 体 片层 结构 十 时 间 图 工 艺 低碳锰钢 经 ℃ 和 ℃ 二 次 变形 后 的 动 态 曲线 一 刃口 ” ℃ 分 明显 ， 片层 间距 在 娜 以下 当冷速 为 ℃ 时 ， 铁素 体平 均 晶粒 直径在 左 右 ， 珠 光体 团 变 得 更 加 细 小 、 弥 散 当冷 速 为 ℃ 时 ， 室温 组 织进 一 步 细化 ， 但 仍 为铁 素体和 珠 光体 的混 合 组 织 冷 速 为 ℃ 时 ， 铁 素 体和 珠 光 体 的数量 减 少 ， 沿 原 奥 氏 体 晶界 有 魏 氏组 织 铁 素 体 形 成 随 着 冷 速 提 高 到 ℃ 和 ℃ 时 ， 有 明显 的 贝 氏 体形 成 ， 并 且冷速 越 快 贝 氏体所 占的体积 分数 就 越 大 文献 【 指 出轧后 加速 冷 却 可 从 以下 三 个 方 面 产 生 强 化 效 果 ， 即 提 高 晶粒 的细 化 程 度 产 生 沉 淀 强 化 产 生 贝 氏体 强化 钢 板 加 速 冷 却 获 得 的屈 服 强 度 增 量 △氏 和 抗 拉 强 度 增 量 △氏 可 分 别 由下 式给 出 △氏 △帆 一 ’勺 △ ， △氏 △ 众 一 ’勺 △。 乍 醉 从儿切 其 中 ， 凡 和 是 一 方 程 中 的 比例 常 数 ， 是 铁 素 体 的 晶粒 尺 寸 ， 凡 是 因 贝 氏体所 引起 的强 化 因子 ，弄 是 贝 氏体 体 积 分 数 ， △际和△。 杨分 别 是 加 速 冷 却 对 屈 服 强 度 和 抗 拉 强 度 产 生 的沉 淀 强 化 增 量 ， 和 刀为修 正 项 由上 述 公 式可 见 ， 铁 素 体 晶粒 细 化 可 以同时提 高 屈 服 强度和 抗 拉 强 度 ， 而 加 速 冷 却 产 生 的 贝 氏体 强 化 不 仅 细 化 了有 效 晶 粒 尺 寸且对 强度 有 贡献 ， 其 相 变应 力场 还 对 抗 拉 强度 的增 加有 明显 贡 献‘，” ， 因而 一 定 体 积 分 数 的 贝 氏体 组 织 可 以降低 屈 强 比 由于 屈 强 比 是钢 材 一个 重 要 的性 能指 标 ， 结构钢 一般 都 要 求 高屈 服 强度 和 较低 屈 强 比 如果 能够 通 过控制 轧制 和 冷 却 工 艺参 数在钢 板 中既得 到较 细 的铁 素 体 晶粒 ， 又 生 成 部分 贝 氏体 ， 就 可 能在 获得 高屈 服 强度 的 同时 ， 降低材料 的 屈 强 比『 针 对 珠 钢 工 艺 生 产 的 同一 化 学成 分 的 低 碳锰钢 ， 采 取 了 ， ， ℃ 三 种终轧温度 以

·270· 北京科技大学学报 2004年第3期 (a)1℃/s b)5℃/s (c)10℃/s (d20℃s (e)30C (050Cs 20 um 图4热模拟实验奥氏体区二次变形后以不同冷速冷却试样的组织，SEM二次电子像 Fig.4 SEM micrographs of specimens cooled at different cooling rates after deformation at 1000 and 850C 及580,550℃两种卷曲温度，根据实验测定和计 小，珠光体的分布不均匀，形成了铁素体/珠光体 算可得到层流冷却段的平均冷速在20-50℃s之 的带状组织. 间.由于图3所示的CCT曲线是连铸坯试样经奥 带状组织主要是碳和锰在固态相变中发生 氏体区二次变形后实验测得的，并且冷速范围和 不均匀的重新分布引起的，实验钢中碳和锰含量 生产现场所用的相符，可以应用该CCT曲线对实 较高(0.17%C,1.21%Mn,属于易形成带状组织的 验钢在CSP生产线层流冷却过程中的组织变化 成分范围，由于钢坯在凝固过程中形成枝晶间偏 进行分析，对照图3的动态CCT曲线，钢板的终 聚，在轧制过程中成分偏聚区被变形延伸成条带 轧温度在A相变温度以上，因此板带在进入层 状分布，冷却时锰偏聚区的局部相变温度较低， 流冷却段之前是变形奥氏体组织，第六架轧机到 而低锰区的相变温度较高，首先形成铁素体并导 层流冷却段的距离较短(0.7m),而出口线速度很 致碳和锰进一步富集到偏聚区，最后形成铁素 快，所以钢中的奥氏体分解转变发生在随后的层 体/珠光体带状组织.带状组织可造成钢的力学 流冷却阶段， 性能具有方向性，使钢的横向韧性和切削加工性 图5是790℃终轧，550℃卷曲，采用头部间断 变坏，所以应尽量避免钢中带状组织的形成.提 冷却方式的工艺条件下成品板的室温组织.实验 高铸坯的均热温度和均热时间有利于溶质元素 测定其屈服强度为495.5MPa,抗拉强度为603.1 的散，使成分趋向于均匀，但在生产条件下很 MPa,屈强比为0.822.得到的是铁素体+珠光体的 难通过均热过程实现钢坯成分均匀化，在溶质元 混合组织，还有少量贝氏体，铁素体晶粒尺寸要 素（主要是Mm)浓度仍然存在带状分布的情况 比在热模拟试验机上得到的铁素体晶粒更加细 下，增加冷却速度使溶质富集区在形成珠光体之 (a) b 20 um 20m 图5CSP线生产低碳锰钢板的组织.(@)横剖面组织：b)纵剖面组织 Fig.5 Microstructures of CSP low carbon Mn-containing steel:(a)transverse section;(b)longitudinal section

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 图 热模拟实验 奥 氏体 区二 次 变形 后 以不 同 冷速 冷 却试 样 的组织 ， 二 次 电子像 月免 ℃ 及 ， ℃ 两 种 卷 曲温 度 ， 根 据 实验 测 定和 计 算 可 得 到层 流 冷 却 段 的平 均 冷 速 在 一 ℃ 之 间 ， 由于 图 所 示 的 曲线 是 连 铸 坯 试 样 经 奥 氏体 区二 次变形 后 实验 测 得 的 ， 并且冷速 范 围和 生产 现 场所 用 的相 符 ， 可 以应 用 该 曲线对 实 验 钢 在 生产 线层 流 冷 却 过 程 中 的组 织 变化 进 行 分 析 对 照 图 的动 态 曲线 ， 钢 板 的终 轧温度 在 乙 相 变温 度 以上 ， 因此 板 带 在 进 入 层 流冷 却段 之 前 是变 形 奥 氏体 组织 ， 第六 架 轧机 到 层 流 冷 却 段 的距 离较 短 ，而 出 口 线 速 度 很 快 ， 所 以钢 中的奥 氏体分解 转 变 发 生在 随后 的层 流 冷 却 阶 段 图 是 ℃ 终 轧 ， ℃ 卷 曲 ， 采 用 头部 间 断 冷 却 方式 的工 艺条件 下成 品板 的室温 组 织 实验 测 定其 屈 服 强度 为 ， 抗 拉 强度 为 ， 屈 强 比为 得 到 的是铁 素体 珠 光 体 的 混 合 组 织 ， 还 有 少量 贝 氏体 铁 素 体 晶粒 尺 寸要 比在 热 模 拟 试 验 机 上 得 到 的铁 素 体 晶粒 更 加 细 小 ， 珠 光 体 的分 布 不 均 匀 ， 形成 了铁 素 体 珠 光 体 的带 状 组 织 带 状 组 织 主 要 是 碳 和 锰 在 固态 相 变 中发 生 不均 匀 的重 新分布 引起 的 实验 钢 中碳 和 锰 含量 较 高 ， ， 属 于 易形 成 带 状 组 织 的 成 分 范 围 由于钢 坯 在 凝 固过 程 中形 成枝 晶 间偏 聚 ， 在 轧制 过 程 中成 分 偏聚 区被变 形 延伸 成 条带 状 分 布 ， 冷 却 时锰 偏 聚 区 的局 部 相 变温 度较 低 ， 而低锰 区 的相 变温度较 高 ， 首先 形成 铁素 体并导 致 碳 和 锰 进 一 步 富集 到偏 聚 区 ， 最 后 形 成 铁 素 体 珠 光 体带 状 组 织 带状 组 织 可 造 成钢 的力学 性 能具 有方 向性 ， 使钢 的横 向韧 性和 切 削加 工 性 变坏 ， 所 以应 尽 量 避 免钢 中带状 组 织 的形 成 提 高铸 坯 的均 热 温 度 和 均 热 时 间有 利 于 溶 质 元 素 的扩 散 ， 使成 分趋 向于 均匀 ， 但 在 生产 条件 下 很 难 通 过 均 热 过程 实现钢 坯成 分均 匀 化 在 溶质元 素 主 要 是 浓 度 仍然 存 在 带状 分布 的情 况 下 ， 增 加冷却速 度 使溶质 富集 区 在 形成珠 光体之 图 线生 产 低碳锰钢 板 的组织 横剖面组织 伪 纵 剖面组织 · 一 如

VoL.26 No.3 孙贤文等：控制冷却对CSP低碳锰钢组织和性能的影响 ·271· 前完成奥氏体一铁素体相变，是避免生成铁素 参考文献 体珠光体带状组织的有效方法. 1王中丙，李烈军，柳得橹，等.薄板坯连铸连轧CSP线 从动态CCT曲线上看，终轧后以20-50℃5 生产低碳钢板的力学性能特征).钢铁，2001,36 的速度冷却可以得到贝氏体组织，发生贝氏体相 (10):33 变的开始温度为530~568℃，由于钢板中成分的 2于浩，康永林，柳得橹，等.轧制工艺对ZJ400热轧 不均匀分布，局部区域的贝氏体B,温度可能高于 板带组织和性能的影响].北京科技大学学报， 上述测定值.生产中采用了550℃的卷曲温度，由 2001,23(6):526 3 Sun W P,Militzer M.Analysis and modeling of austenite 于层流冷却段的终止点距卷曲机有近25m的距 grain refinement and growth during hot rolling []Iron 离，因此实际的终冷温度要高于550℃.在这种工 Steelmaker,1998,25(5):85 艺条件下，试样中局部区域可能发生贝氏体相 4 Priestner R,Hodgson P D.Ferrite grain coarsening during 变，使钢板中生成少量贝氏体，并且得到不太高 transformation of thermo-mechanically processed C-Mn- 的屈强比， Nb austenite [J].Mater Sci Technol,1992,8(10):849 5 Choo WY.Proc of Inter Sym on High Performance Steels 3结论 for Structural Application[C].Cleverland,1995.117 6 Manohar PA,Chandra T.Continuous cooling transforma- (I)提高热轧后的冷却速度导致A江温度降 tion behaviour of high strength microalloyed steels for 低，造成较大的过冷度，增加了铁素体的形核率： linepipe applications [J].ISIJ Int,1998,38(7):766 同时较低的相变温度降低了铁素体的长大速率. 7崔文喧，王伟哲.15M血V钢热变形中组织变化的数 (2)实验用低碳锰钢从850℃冷却时，在冷速 学模型[).北京科技大学学报，1993,15(1)：5 为1℃s的情况下得到等轴的铁素体-珠光体组 8许长金，钟成芬.厚板的控制轧制和控制冷却[U.鞍 钢技术，1995,9：35 织.当增加冷却速度至20℃s时，出现贝氏体，形 9 Rodrigues P C M,Pereloma E V,Santos D B.Mechanical 成铁素体和贝氏体的混合组织，随冷却速度进一 properties of an HSLA bainitic steel subjected to control- 步增加，相变产物中贝氏体所占的比例增加. led rolling with accelerated cooling [J].Mater Sci Eng, (3)采用790℃终轧，550℃卷曲的工艺条件得 2000,283:136 到的组织为晶粒细小的铁素体和不均匀分布的 10田村今男，大内千秋，高强度低合金钢的控制轧制 珠光体，出现了铁素体/珠光体带状组织.提高冷 与控制冷却).北京：治金工业出版社，1982.267 却速度使溶质（如Mn和C)富集区在形成珠光体 I1徐祖耀，刘世楷.贝氏体相变与贝氏体M北京：科 之前完成奥氏体一铁素体相变，是避免生成铁素 学出版社，1991.47 12 Kim Y M,Kim S K,Lim Y J.Effect of microstructure on 体/珠光体带状组织的有效方法. the yield ratio and low temperature toughness of linepipe steel [J].ISIJ Int,2002,42(12):1571 Effect of Controlled Cooling on Microstructure and Mechanical Properties of CSP Low Carbon Mn-Containing Steel SUN Xianwen,HUO Xiangdong,LIU Delu,KANG Yonglin,MAO Xingping,CHEN Guijiang LI Lieju 1)Materials Science and Enginecring School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Guangzhou Zhujiang Iron and Steel Co.,Ltd ABSTRACT By using a thermal-simulator Gleeble 1500,CCT curves of an EAF-CSP low carbon Mn-containing steel,which had been deformed in austenite region twice,were determined.The effect of accelerated cooling con- ditions on the microstructure and mechanical properties of the steel was studied.The steel contains 0.17%C,1.21% Mn and 0.28%Si(mass fraction).It was found that the Ar,temperature is lowed by increasing the cooling rate and results in the further grain refinement.The mixture of bainite and ferrite appears while the cooling rate reaches 20C/s and over.The ratio of yield to strength could be decreased by increasing the fraction of bainite.Banding structure of ferrite/pearlite exists in the steel with finishing rolling temperature 790C and coiling at 550C.Ac- celerating the cooling rate is an effective way to avoid band structure. KEY WORDS controlled cooling;low carbon Mn containing steel;CCT curve;mechanical properties

孙 贤 文 等 控制 冷 却 对 低碳锰钢 组织 和 性能 的 影 响 一 前 完 成 奥 氏体一铁 素 体 相 变 ， 是 避 免 生 成 铁 素 体 珠 光 体带状 组 织 的有 效方 法 从 动 态 曲线 上 看 ， 终 轧 后 以 一 ℃ 的速 度冷 却 可 以得 到 贝 氏体 组织 ， 发 生 贝 氏体相 变 的开 始温 度 为 一 ℃ ， 由于钢 板 中成 分 的 不 均匀分布 ， 局 部 区域 的 贝 氏体 ，温 度 可 能高 于 上述 测 定值 生产 中采用 了 ℃ 的卷 曲温度 ， 由 于 层 流 冷 却 段 的终 止 点距 卷 曲机 有 近 的距 离 ， 因此 实 际 的终冷温 度 要 高 于 ℃ ， 在 这 种 工 艺 条 件 下 ， 试 样 中局 部 区 域 可 能 发 生 贝 氏体 相 变 ， 使 钢 板 中 生 成少 量 贝 氏体 ， 并且 得 到 不 太 高 的屈 强 比 结 论 提 高热 轧后 的冷 却 速 度 导 致 温 度 降 低 ， 造 成较 大 的过冷 度 ， 增 加 了铁 素 体 的形核率 同时较低 的相变温度 降低 了铁 素 体 的长 大速 率 实验 用 低 碳 锰 钢 从 ℃ 冷 却 时 ， 在 冷 速 为 ℃ 的情 况 下 得 到 等 轴 的铁 素 体一 珠 光 体 组 织 当增 加 冷 却 速 度 至 ℃ 时 ， 出现 贝 氏体 ， 形 成 铁素 体和 贝 氏体 的混合 组 织 随冷 却速度 进 一 步增 加 ， 相 变 产 物 中 贝 氏体 所 占的 比例 增 加 采 用 ℃ 终 轧 ， ℃ 卷 曲的工 艺 条件 得 到 的组 织 为 晶粒 细 小 的铁 素 体 和 不 均 匀 分 布 的 珠 光 体 ， 出现 了铁 素 体 珠 光 体 带状 组 织 提 高冷 却 速 度 使 溶 质 如 和 富集 区在 形 成 珠 光 体 之 前 完成 奥 氏体一铁 素体 相变 ， 是 避 免生 成 铁 素 体 珠 光 体 带 状 组 织 的有 效 方 法 参 考 文 献 王 中丙 ， 李 烈 军 ，柳 得槽 ， 等 薄板坯 连 铸连 轧 线 生 产低 碳钢 板 的力 学性 能特 征 钢 铁 ， ， 于 浩 ， 康永林 ， 柳得 稽 ， 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 ， ， ， ， ， ， 仃 一 ， ， 丫 ， ， 】 ， ， 崔文 喧 ， 王 伟哲 巧 钢 热 变形 中组 织变化 的数 学模 型 匕京科 技大 学 学报 ， ， 许长 金 ， 钟 成 芬 厚 板 的控 制 轧制 和 控制冷却 鞍 钢 技 术 ， ， ， ， ， ， 田 村 今 男 ， 大 内千 秋 高 强 度低 合金钢 的控 制轧制 与 控 制冷却 〔 北 京 冶 金 工 业 出版 社 ， 徐祖 耀 ， 刘 世楷 贝 氏体相变与 贝 氏体 【 北 京 科 学 出版 社 ， ， 而 ， ’ 「 ， ， 一 砚 ，， 儿 ，， ‘， ‘，五翻 ” 心 ，， 叮 ， ， ， ， ， 加 ， 一 ， 一 ， ， ， 允 币