热轧船板钢时奥氏体相变的规律

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1998.02.036 第20卷第2期 北京科技大学学报 Vol.20 No.2 1998年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1998 热轧船板钢时奥氏体相变的规律 梁雨峰)王有铭)王檀)韩贵桃2)夏天济引 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)邯郸钢铁公司3)河北冶金企业总公司 摘要通过对现场轧制工艺的模拟，借助热加工模拟试验机研究了变形量、变形温度及变形后的 冷却速度，对一般强度船板钢变形奥氏体向铁素体和珠光体转变的影响，实验结果表明：增加变 形量，降低变形温度，减缓冷却速度可在不同程度上促进奥氏体向铁素体和珠光体的转变 关键词热变形；船板钢；奥氏体相变 分类号TG111.5,TG335.5 性能合格率是热轧中厚板生产中一项十分重要的指标.为了提高产品的性能，较多地采 用了控制轧制和控制冷却技术”，控制热轧及轧后冷却过程中钢的组织变化及相变过程，以 获得均匀细小的铁素体和珠光体组织，提高钢板性能， 在制定控轧控冷工艺时，需要确切知道变形条件下钢的组织变化规律.研究钢材热轧过 程中的相变规律及其影响因素是制定合理控轧控冷工艺、提高钢材性能的重要内容. 本文对一般强度船板钢的热变形奥氏体相变规律进行了研究，分析了变形量，变形温度 和变形后的冷却速度对奥氏体向铁素体相变温度的影响，并对珠光体相变规律进行了探讨， 试验是在模拟现场的工艺参数条件下进行的，所得结果对轧制一般强度造船板有参考价值， 1试验方案 1.1原料 试验用料是转炉冶炼的.试样化学成分（质量分数）为：016%C,0.71%Mn,0.332%Si, 0.0276%P,0.012%S.按试验设备的要求，加工成中8mm×12mm圆柱形试样. 1.2试验内容 (I)变形量对变形温度的影响.试样加热到1150℃后保温6min,然后以1℃s速度冷却 到各变形温度，分别给予0%，10%，20%，30%的变形量.变形后空冷到室温. (2)变形温度对相变温度的影响.试样加热到1150℃后保温6mi,然后以1℃s速度分 别冷却到1050,1000,950,850℃进行变形，变形速率为20s·.变形后空冷到室温. (3)冷却速度对相变温度的影响.试样加热到1150℃后保温6min,然后以1℃s速度冷 却到900℃，进行15%的变形，变形速率为20s1.变形后试样分别以1,5,10,15,20℃/s的速度 冷却到500℃，然后试样空冷到室温. 1.3试验方法和数据处理 试验采用热膨胀法，在热加工模拟试验机上进行，其原理是根据钢的各相具有不同热膨 1995-03-25收稿 梁雨峰男、30岁，博士

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 欣 · 热轧船板钢时奥氏体相变的规律 梁雨峰 王有铭 ’ 王 檀 韩贵桃 夏天济 北京科技大学材料科学 与工 程学 院 ， 北京 邯郸 钢铁公 司 河北 冶金企 业总公 司 摘要 通过 对现场轧制工艺的模拟 ， 借助热加工模 拟 试验机研究 了变形 量 、 变形 温度及 变形后 的 冷却速度 ， 对一般强度船板钢变形奥 氏体 向铁 素体和 珠光体转变 的影 响 实验 结果表 明 增加 变 形量 ， 降低变形温度 ， 减缓冷却速度可在不 同程度上促进奥 氏体向铁素体和珠光体的转变 关健词 热变形 船板钢 奥氏体相变 分类号 ， 性 能 合格 率是 热 轧 中厚板生 产 中一 项 十分 重 要 的指 标 为 了提 高 产 品 的性 能 ， 较多 地 采 用 了 控 制 轧 制 和 控 制 冷却技术 川 ， 控制热轧及 轧后 冷 却过程 中钢 的组 织 变 化及 相 变 过程 ， 以 获得 均匀 细 小 的铁素体和珠光体组织 ， 提 高钢板性 能 在 制定 控 轧控冷工 艺时 ， 需要 确切 知道变形 条件 下 钢 的组 织 变 化规律 研 究 钢材 热轧过 程 中的相 变规律及 其影 响 因素是制定合理控 轧控冷工 艺 、 提 高钢材性 能 的重要 内容 本文 对一般强 度船板钢的热变形 奥 氏体相 变规律进行 了研 究 ， 分 析 了变 形量 ， 变形 温 度 和 变形 后 的冷却 速度对奥 氏体 向铁素体相 变温度 的影 响 ， 并 对珠 光 体 相 变规律 进行 了探讨 试验是 在模拟 现场 的工艺参数条件下进行 的 ， 所得结 果 对轧制一般 强度 造船板有 参考价值 试验方案 原料 试 验 用 料 是 转 炉 冶 炼 的 试样 化 学 成 分 质 量 分 数 为 ， ， ， ， 按试验设备 的要求 ， 加 工 成 中 圆柱 形 试样 试验 内容 变形量对变形温度的影 响 试样加热到 ℃ 后保温 ， 然后 以 ℃ 速度冷却 到各变形 温度 ， 分别给予 ， ， ， 的变形量 变形后 空冷到室 温 变形温度 对相变温度 的影 响 试样加 热到 ℃ 后保温 ， 然后 以 ℃ 速度分 别冷却到 ， ， ， ℃ 进 行 变 形 ， 变形 速率 为 一 ’ 变形 后 空 冷到 室 温 冷 却速度 对相 变 温度 的影 响 试样 加 热 到 ℃ 后 保 温 ， 然 后 以 ℃ 速度 冷 却到 ℃ ， 进行 的变形 ， 变形速率为 一 ’ 变形后 试样 分别 以 ， ， ， ， ℃ 的速度 冷却到 ℃ ， 然后 试样 空冷到 室温 试验方法和数据处理 试验采 用 热膨胀 法 ， 在 热加 工 模拟 试验 机 上 进行 其原理 是 根 据钢 的各相具 有不 同热膨 一 一 收稿 梁 雨 峰 男 ， 岁 ， 博士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1998．02．036

·156· 北京科技大学学报 1998年第2期 胀系数和比热容的特点，对试样进行热变形后使用惰性气体以不同冷却速度进行恒速冷却， 同时自动记录温度和奥氏体冷却过程中体积随时间的变化情况，根据所记录曲线上的特征，点 来确定奥氏体的各相变温度，试样安装后的操作由事先设定的程序自动控制 试验完成后对记录曲线进行标定，确定相变开始温度和终了温度.本试验采用温度一膨 胀量曲线上最先与直线偏离的那点所对应的温度来标定，例如：由于铁素体和珠光体的比热 容不同，在奥氏体生成先析铁素体和继续分解为珠光体时，记录曲线上便出现一个明显转折 点，确定此点为先析铁素体析出完成与珠光体转变开始的分界点，即T, 2 试验结果与分析 21变形温度、变形量对铁素体相变温度T的影响 试验结果如图1和图2所示. 795 800 785 加热温度：1150℃ 加热温度：1150℃ 790 775升 e=30% 780 765 315 ●E=20% 0 2 770 850℃ 010%0- 一● 745F 760 ，E=0% E-0% 0950℃ 735 750%: -●900℃ 725 850 900950 74 10001050 0 10 20 30 TR/C EM 图1变形温度T,对铁素体相变温度的影响 图2变形量对铁素体相变温度的度的 图1是温度对奥氏体向铁素体转变开始温度T,的影响.在850~950℃范围内，随变形温 度下降，T,有所升高，升高的幅度依变形量不同有所差别.在ε=30%时，T上升最多，达 25℃；而ε=20%时，T,只上升了10℃；e=10%时，T,基本没有上升.当变形温度大于1000℃ 后，T同样上升.在1050℃变形30%，20%和10%，T温度分别上升10,5和5℃. 变形量对T,的影响更显著（图2）.随变形量增加，T,明显上升.在850~1050℃范围内， T,增加了5~25℃不等. 热变形促使T,温度升高，是由下面原因引起的：一方面，在变形量小于30%，变形温度低 于1000℃范围内，奥氏体处于未再结晶和部分再结晶区，在这个区域变形，奥氏体因晶格歪 曲提高了自由能，同时，也增加了奥氏体的热力学不稳定性，因此，增大了奥氏体分解的趋 势，另一方面，变形后未发生再结晶的奥氏体晶粒被拉长，为奥氏体向铁素体转变时提供了更 多的形核部位，使铁素体形核率增加，促进了奥氏体向铁素体的转变，即由于变形诱导相变的 作用促使相变温度T,升高. 由图1和图2还可看出，在850~1000℃范围内，高温下变形比低温下变形T,上升的幅 度要小，即在相同变形量条件下，低温变形更容易促进奥氏体的分解.这是由于变形温度高 时，奥氏体内的回复和再结晶程度较高，晶格歪曲及晶内缺陷减小，使奥氏体稳定性增加的结

巧 · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 胀系数和 比热容 的特 点 ， 对试样 进行 热变 形 后使用惰性 气体 以 不 同冷却速度 进行 恒速冷却 ， 同时 自动记 录温度 和奥 氏体冷却过程 中体积 随时 间的变化情 况 ， 根 据所 记录 曲线上 的特征点 来确定奥 氏体的各相 变温度 试样安装后 的操作 由事先设定 的程序 自动控制 试验完 成后 对记 录 曲线进行标 定 ， 确定相 变开始温度和 终 了温度 本试验 采用 温度一膨 胀量 曲线上 最 先 与直线偏 离 的那 点 所 对应 的温 度来 标定 例如 由于 铁 素体和 珠光 体 的 比热 容不 同 ， 在 奥 氏体生 成先析 铁素体和继 续分解 为珠光 体时 ， 记 录 曲线 上 便 出现 一个 明显转折 点 ， 确 定 此点 为先析铁 素体析 出完成 与珠光体转变开始 的分界 点 ， 即 兀 ， · 试验结果与分析 变形温度 、 变形 对铁素体相变温度 心 的影响 试验结果如 图 和 图 所示 加热温度 ℃ 啊 沐 加 热温度 ” ℃ ‘，︸ 民进尸︸， ﹄，，工 曰卜︸ 了，不，才矛了名中夕丫叮哨丹’诵 户、卜 ￡ 戒迎丝 － 。 ’ 月一一 一︶、︶、哎‘‘︸︸ 异、工 习℃ 图 变形温度 尹铁素体相变温度的影响 图 变形 对铁素体相变温度的度的 图 是 温度 对奥 氏体 向铁 素体转变 开始温度 几 的影 响 · 在 一 ℃ 范 围 内 ， 随变形温 度 下 降 ， 几 有 所 升 高 ， 升 高 的 幅 度 依 变 形 量 不 同有 所 差 别 · 在 ￡ 一 时 ， 几 上 升 最 多 ， 达 而 。 一 时 ， 兀 。 只 上 升 了 ℃ 。 一 时 ， 几 基 本 没 有 上 升 · 当变 形 温度 大于 ℃ 后 ， 几同样上 升 · 在 ℃ 变形 ， 和 ， 几 温 度分别上 升 ， 和 ℃ · 变形 量 对 几 的影 响更 显 著 图 随变形量 增加 ， 目 明显上 升 在 一 ℃ 范围 内 ， 几 增 加 了 一 ℃ 不 等 热变 形促使 几 温度 升高 ， 是 由下 面原 因引起 的 一方 面 ， 在 变形 量小 于 ， 变形 温度低 于 ℃ 范 围 内 ， 奥 氏体处于 未再 结 晶和部分再结 晶 区 ， 在 这 个 区 域 变形 ， 奥 氏体 因 晶格歪 曲提 高 了 自由能 ， 同时 ， 也增 加 了 奥 氏体 的热力 学 不 稳 定 性 ， 因此 ， 增 大 了 奥 氏体分 解 的趋 势 另 一方 面 ， 变 形后 未 发生再结 晶的奥 氏体 晶粒被拉 长 ， 为奥 氏体 向铁 素体转 变 时提供 了更 多 的形 核部 位 ， 使铁 素体形 核率增 加 ， 促进 了奥 氏体 向铁 素体 的转变 ， 即 由于 变形诱 导相变 的 作用促使相 变 温度 几 升高 · 由图 和 图 还可 看 出 ， 在 一 ℃ 范围 内 ， 高温下 变形 比低 温下变形 几 上 升的幅 度要 小 ， 即在相 同变形 量 条件 下 ， 低 温 变 形 更 容 易促 进 奥 氏体 的分解 这是 由于 变形 温 度高 时 ， 奥 氏体 内的 回复和再结 晶程度较高 ， 晶格 歪 曲及 晶 内缺 陷减小 ， 使奥 氏体稳定性增加的结

Vol.20 No.2 热轧船板钢时奥氏体相变的规律 ·157· 果.但当变形温度继续增加，如达到1050℃时，T又升高了，这是因为在此温度下奥氏体再 结晶数量显著增加，晶粒细化，增加了晶界面积，使铁素体形核部位增加了.这表明，1050℃ 温度下，变形奥氏体向铁素体转变时，形变带及晶内缺陷已不再起主要作用，而主要由晶粒大 小来决定T,的高低. 2.2变形温度、变形量对珠光体相变温度 800 T的影响 加热温度：1150℃ 试验结果如图3所示， 750 为了说明问题，试样经1150℃加热，保 c=30% T(始) 温6min后直接以1℃s的速度冷却，测定 7008= E=10% Q 奥氏体向珠光体相变的温度，得到不变形条 0 件下T(始)为675℃，相应的T,(终)为 、e=30% 650 =10%0-- T(终) 640℃.图3中试验结果表明：在变形温度低 于1000℃时，变形使T,点上升，随变形温 600 度由1000℃降低到850℃，T,温度逐渐提 850900 95010001050 高；当变形温度高于1000℃时，T,又有所 TR/C 上升. 图3变形温度对珠光体相变的影响 关于变形奥氏体向珠光体的转变行为，许多研究者都对此作了大量工作.由于变形使珠 光体转变变得十分复杂，且受钢种、变形温度和变形量的影响，各研究者所得结果也不尽相 同.但是，各方面的研究都表明，增大变形量或降低变形温度均导致珠光体转变加速，本试验 结果表明，在较低变形温度区给予较大的变形，明显促进奥氏体向珠光体相变的发生我们认 为)，珠光体转变加快，除了变形使奥氏体晶格畸变、内部缺陷增多，从而提高了不稳定性这 一原因外，更主要的是与铁素体相变提前发生有关，如前所述（图1和图2），变形使奥氏体向 铁素体的相变温度升高，其形核速度和长大速度都较未变形情况下快，使得剩余奥氏体内的 碳含量迅速增加，局部区域（尤其在新形成的铁素体晶粒与奥氏体的边界上）很快达到珠光体 的含碳量，这就在成分方面为珠光体的形成创造了条件，另一方面由于新相的形成，使原奥氏 体内的晶界面积迅速增加，也为珠光体的提前形成创造了有利条件， 23冷却速度对变形奥氏体相变温度的影响 加速冷却可以降低变形奥氏体向铁素体 800 转变温度T(图4).在所进行的试验条件下， 怜却速度由1℃s提高到15℃s,使T:下降 750L Ts 60℃.由于铁素体相变属扩散型转变，加大冷 7004 T(始) 却速度抑制了原子的扩散能力，使变形奥氏体 650 T终) 分解在较低温度下进行.因此，冷却速度的增 赵 B. 600 加使T下降.试验还研究了冷却速度对T1的 影响（图4），随冷却速度增加，T,(始)和T 550 加热温度：1150℃ (终)均呈下降趋势.在冷却速度为1一15℃s 0一-0-- 500 范围内，T,(始)下降了100℃，T,(终)下降了 5 10 15 20 70℃.当冷却速度在10~20℃/s之间，出现了 冷却速度/（℃·s) 图4冷却速度对相变温度的影响

热轧船板钢时奥 氏体相 变 的规律 巧 果 但 当变 形 温 度继 续增 加 ， 如达 到 ℃ 时 ， 几 又 升 高 了 · 这是 因为在 此 温度下 奥 氏体再 结 晶 数量 显著增 加 ， 晶粒 细 化 ， 增 加 了晶界 面积 ， 使 铁 素体形 核部位 增 加 了 这 表 明 ， ℃ 温度下 ， 变形 奥 氏体 向铁素体转变时 ， 形 变带及 晶 内缺 陷已 不再起主要作用 ， 而 主要 由晶粒大 小来决定 几 的高低 · 变 形 欲 、 变形 对珠麒触敲 一 兀 、 的影 响 试验结果如 图 所示 为 了说明问题 ， 试样经 ℃ 加 热 ， 保 温 而 后 直 接 以 ℃ 的速度冷却 ， 测 定 奥 氏体 向珠光体相 变 的温度 ， 得到不变形条 件 下 兀 ， 始 为 ℃ ， 相 应 的 兀 ， 终 为 ℃ 图 中试验结果表 明 在变形温度低 于 ℃ 时 ， 变形 使 不点上 升 ， 随变形 温 度 由 ℃ 降低 到 ℃ ， 兀 ， 温度逐渐 提 高 当变 形 温 度 高 于 ℃ 时 ， 兀 又 有 所 上 升 加 热温度 ℃ ￡ 始 一 。 一 一 一又〔 一月州二 ， 尸、， ℃ 图 变形温度对珠光体相变的影响 关于 变形 奥 氏体 向珠光体 的转变行 为 ， 许多研究 者都 对此作 了大 量 工 作 由于 变形 使珠 光体转变 变得 十分复 杂 ， 且 受 钢种 、 变形 温度 和 变形 量 的影 响 ， 各研 究 者所 得 结果 也 不 尽 相 同 但是 ， 各方 面 的研究都表明 ， 增大变形量 或 降低 变形温 度均 导致珠光体转变加速 本试验 结果表 明 ， 在较低 变形 温度 区给予较大 的变形 ， 明显促 进 奥氏体 向珠光体相 变 的发生 我们认 为 ， 珠 光 体转变加快 ， 除 了变形使奥氏体晶格 畸变 、 内部缺 陷增 多 ， 从 而提 高了不稳 定 性 这 一原 因外 ， 更 主要 的是 与铁素体相 变提前发 生有 关 如前所 述 图 和 图 ， 变形 使奥 氏体 向 铁素体的相 变 温度 升高 ， 其 形核 速度 和 长大 速度 都 较未 变 形情 况 下 快 ， 使得 剩 余奥 氏体 内的 碳含量 迅 速增加 ， 局部区域 尤其在新形 成的铁素体晶粒 与奥 氏体 的边 界 上 很快达到珠光体 的含碳量 ， 这就在成分方 面 为珠光体的形成创造 了条件 另 一方 面 由于新相 的形成 ， 使原 奥 氏 体 内的晶界 面积迅 速增加 ， 也 为珠光体的提前形成创造 了有利条件 加热温度” ” 笠 一 色一 八，‘︶」亡护了︸ 曰︸“哎︶气︸︸ 簇粼契、 冷却速度对变形奥氏体相变温度的影响 加 速 冷却可 以 降低变形奥 氏体 向铁素体 转变 温 度 图 在所 进 行 的试验 条件下 ， 冷却 速 度 由 ℃ 提 高到 ℃ ， 使 几 下 降 ℃ 由于 铁 素体相 变 属 扩 散 型 转 变 ， 加 大 冷 却 速 度抑 制 了原 子 的扩散能力 ， 使变形 奥 氏体 分 解 在 较 低 温 度 下 进 行 因此 ， 冷 却速 度 的增 加 使 几 下 降 试验 还研究 了冷 却速度 对 兀，的 影 响 图 ， 随 冷 却 速 度 增 加 ， 兀 ， 始 和 几 终 均 呈 下 降趋 势 在 冷却速 度 为 一 巧 ℃ 范 围 内 ， 兀 ， 始 下 降 了 ℃ ， 兀 ， 终 下 降了 ℃ 当冷 却 速 度 在 ℃ 之 间 ， 出现 了 冷却速度 ℃ · 一 ， 图 冷却速度对相变温度的影响

·158· 北京科技大学学报 1998年第2期 贝氏体转变.冷却速度提高，对贝氏体转变起促进作用. 上述研究表明：增加变形量、降低变形温度、减小冷却速度均使铁素体相变温度T,和珠 光体相变温度T,升高；当加大冷却速度到10℃s时，出现贝氏体转变，冷却速度越快，贝氏体 转变温度越高， 3结论 (1)在道次变形量10%~30%，变形温度850~1050℃，冷却速度1~20℃s范围内，所 研究的船板钢相变温度：T,为710~775℃，T,(始)为645~745℃，T(终)为625~700℃. (2)变形量、变形温度和变形后的冷却速度对奥氏体相变有不同程度的影响.变形量增 加、变形温度降低，能加快奥氏体向铁素体和珠光体的转变，提高冷却速度抑制奥氏体相变. (3)关于变形对奥氏体向珠光体相变温度的影响，认为在变形量小于20%时，影响不明 显，当变形量大于20%时，变形对珠光体相变的促进作用，除与奥氏体不稳定性增加有关外， 还与铁素体相变有关.铁素体相变温度越高，珠光体相变越容易发生. 参考文献 1李曼云，孙本荣.钢的控制轧制和控制冷却技术手册.北京：冶金工业出版社，1990 2王有铭.控制轧制.北京：冶金工业出版社，1982 3梁雨峰.造船钢板控制轧制和控制冷却工艺及理论研究：[学位论文].北京：北京科技大学，1992 Phase Transformation of Austenite in the Hot Rolling of Ship Plate Steel Liang Yufeng） ）Wang Youming》Wang Tan》Han Guirao2） Xia Tianj) 1)Material Science and Engineering School,UST Beijing,China 2)Hebei Metallurgy Enterprises Group 3)Handan Steel Ltd.Co. ABSTRACT Based on the experiment which is made by simulating rolling parameters in site,transformation of formed austenite to ferrite and pearlite related to strain.temperature and cooling rate has been discussed in the paper.The results show that more strain, higher temperature and lower cooling rate can promote,to a different content,the transfor- mation of both ferrite and pearlite from formed austenite. KEY WORDS hot rolling;ship plate;austenite phase transformation

· 巧 · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 贝氏体转变 冷却速度提 高 ， 对贝 氏体转变起促 进作用 上 述研 究表 明 增 加 变形 量 、 降低 变形 温 度 、 减 小 冷却 速度 均 使铁 素体相 变 温度 和 珠 光体相变温度 兀 ， 升高 当加大 冷却速度到 ℃ 时 ， 出现 贝 氏体转变 ， 冷却速度越快 ， 贝 氏体 转变温度越 高 结论 在 道 次变 形 量 一 ， 变 形 温度 一 ℃ ， 冷却 速 度 一 ℃ 范 围 内 ， 所 研究 的船板钢相 变温度 几为 一 ， 兀 始 为 一 ℃ ，兀 ， 终 为 一 ℃ 变形 量 、 变形温度 和 变形 后 的冷却 速度 对奥 氏体相 变 有不 同程 度 的影 响 变 形 量 增 加 、 变形 温度 降低 ， 能加快奥 氏体 向铁素体和珠光体 的转变 ， 提 高冷却速度抑制奥 氏体相 变 关于 变形 对奥氏体 向珠光体相 变温度 的影 响 ， 认 为在 变形量 小于 时 ， 影 响不 明 显 ， 当变 形 量 大 于 时 ， 变形 对珠光体相 变 的促 进作 用 ， 除 与奥 氏体不稳定性增 加有 关外 ， 还 与铁素体相 变有 关 铁 素体相变温度 越 高 ， 珠光体相 变越容易发生 参 考 文 献 李曼云 ，孙本荣 钢 的控制轧制和控制冷却技术手册 北京 冶金 工 业 出版社 ， 王 有铭 控制 轧制 北京 冶金工 业 出版社 ， 梁雨 峰 造船钢板控制轧制和控制冷却工艺及理论研究 学位论文 北京 北京科技大学 ， 加馆 ， 肠 物 肠 几 物 不。 肠可 ， ， 】 飞 ， 奴 勿 币 七 ， 、 山 ， 仁 币 垃