轧制工艺对ZJ400热轧板带组织和性能的影响

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2001.06.012 第23卷第6期 北京科技大学学报 VoL23 No.6 2001年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2001 轧制工艺对ZJ400热轧板带 组织和性能的影响 于浩康永林 柳得橹傅杰 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了3种ZJ400CSP热轧板材工艺规程与组织、力学性能的关系.实验结果表明： 当变形量增大时，晶粒组织的不均匀程度增大，含有粗大的铁素体晶粒和残留的热轧织构，引 起力学性能的各向异性，导致了抗拉强度和延伸率的降低。 关纜词CSP:织构；抗拉强度：延伸率 分类号TG335.55;TB302.3 连铸连轧(CSP)线与传统热连轧在以下4 板带在传输辊道上的传输速度有较大差异.例 个方面有着显著差异：(1)坯料铸造过程不同. 如在轧制1.0mm带材时，CSP线带材的极限运 CSP线的结晶器和冷凝器具有很高的冷却速 行速度约为12.5m/s,而传统热连轧带材的速度 率，冷却过程中，在电磁搅拌和带液芯轻压下的 为20m/s左右. 作用下，减少了粗大的枝晶并使二次枝晶破碎， 本文利用常规力学实验、光学显微镜和扫 从而得到形状较规则、晶粒尺寸较细小的原始 描电镜等手段研究了不同轧制工艺对ZJ400板 铸态组织.(2)加热制度不同.在传统的热轧过 带组织和性能的影响 程中，坯料有一个冷却析出和加热再溶解的过 程，而CSP线连铸坯的温度始终在奥氏体区，这 1硬度试验及神经网络性能 使得某些元素的碳氨化物或二相粒子在坯料中 的析出及存在形式发生了变化.(3)轧制过程不 在CSP线生产现场，从ZJ400成品板卷上 同.在传统热连轧中，有粗轧机组和精轧机组， 剪取1.90,2.75,3.80mm3种规格的试样，进行成 而目前大多数CSP线只有精轧机组，这使得轧 分和力学性能测试，试验数据如表1和2所示. 制中的总压缩比和各道次的压下量有较大不 据表1和表2，除厚度差异外，在工艺规程 同.(4)传输速度不同.传统热连轧和CSP线的 近似的条件下，3.80mm带材中的硅含量比1.90， 表13种板材的实测力学性能及生产工艺参数 Table 1 Mechanical properties and technics of three strip 力学性能 i/℃ 拉速/屈强比 h/mm &MP阳aMPa6/%冷弯a出炉终轧 te/℃ (m.min-)8/as 1.90 353 495 28 合格1158860 650 5.0 0.769 2.75 363 470 22 合格1133 860 650 4.5 0.772 3.80 418 565 26 合格 1I50 860 650 4.5 0.740 表23种板材的规格及元囊质量分数 Table 2 Dimension and chemical composition of three strip 吨 尺寸mm C Si Mn P s Cu Alr 1.90×1250 0.178 0.07 0.33 0.026 0.010 0.24 0.026 2.75×1250 0.188 0.09 0.32 0.022 0.003 0.28 0.035 3.80×1250 0.178 0.15 0.39 0.031 0.006 0.24 0.030 收稿日期2001-02-27于浩男，31岁，博士生 *"新一代钢铁材料重大基础研究"项目资助No.G1998061500)

第 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 翻 皿 碗 盯 舰 轧制工艺对 热轧板带 组织和性能的影响 于 浩 康永林 柳得梅 傅 杰 北京科技大学材料科学与工程学院 ，北京 摘 要 研究 了 种 热轧板材工 艺规程与组织 、 力学性能 的关系 实验结果表 明 当变形 增大时 ， 晶粒组织 的不均匀程度增 大 含有粗大 的铁素体晶粒和残 留的热轧织构 ， 引 起力学性 能的各向异性 ， 导致 了抗拉强 度 和延伸率的降低 关扭词 织构 抗拉强度 延伸率 分类号 连铸连轧 线 与传统热连轧在 以 下 个方面有着 显 著差异 「，， 坯料铸造过 程不 同 线的结 晶器 和 冷凝 器具有很 高的冷却速 率 ， 冷却过程 中 ， 在 电磁搅拌和带液芯轻压下 的 作用 下 ， 减少 了粗大 的枝 晶并使二次枝 晶破碎 ， 从而得到形 状较规则 、 晶粒尺 寸较细小 的原始 铸态组织 加热制度不 同 在传统 的热轧过 程 中 ， 坯料有 一 个冷 却析 出和 加热再溶解 的过 程 ， 而 线连铸坯 的温度始终在奥 氏体区 ， 这 使得某些元素的碳氮化物或二相粒子在坯料 中 的析 出及存在形 式发生 了变化 轧制过程不 同 在传统热连轧 中 ， 有粗轧机组 和 精轧机组 ， 而 目前大 多数 线只有精轧机组 ， 这使得轧 制 中的总 压 缩 比 和 各道 次 的压 下 量 有较 大不 同 传输速度不 同 传统热连 轧 和 线 的 板 带在传输辊道上 的传输速度有较大差异 例 如 在轧制 们。 带材时 ， 线带材 的极 限运 行速度约为 耐 ， 而传统热连轧带材的速度 为 耐 左右 本文利用 常规力学实验 、 光学显微镜 和扫 描 电镜等手段研究 了不 同轧制工 艺对 刀 板 带组织 和性能的影 响 硬度试验及神经网络性能 在 线生产 现场 ， 从 成 品板卷上 剪取 ， ， 种 规格 的试样 ， 进行成 分和力 学性能测 试 ， 试验数据如表 和 所示 据表 和 表 ， 除厚度差 异外 ， 在 工 艺 规程 近似的条件下 ， 带材 中的硅 含量 比 ， 衰 种板材的实测 力学性能及生产 工 艺，数 介 衅 让 一 扭 讨 血比 洲 力学性能 叼℃ 占 几 瓜企 创℃ 拉速 · 一 ‘ 屈强 比 占岁饥 ’ ︼咤︸ … ‘﹃ ︼飞 呻︸气月 ，︸ 口」咤︸尸 ‘乙 甘︸‘、尸口 ︵︸ 呼尸月 ︸︶门啼月，， ， 崎 占机 冷弯户 合格 合格 合格 出炉 终轧 衰 种板材 的规格及元索质 分数 介 加 卜 川 ， 尺寸 收稿 日期 刁 一 于浩 男 ， 岁 ， 博士生 ” 新一代钢 铁材料重大基础 研究 ” 项 目资助 。 石 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．06．012

VoL.23 于浩停：轧制工艺对Z刀400热轧板带组织和性能的影响 527 2.75mm带材中的含量高不足0.1%，而抗拉强 显.综上所述，细晶和表面加工硬化是造成换算 度值却高70-~100MPa左右.硅是置换型固溶强 抗拉强度值比实测值高的主要原因.预测数据 化元素，在碳钢中，每增加01%的Si可使热轧 是大量训练样本的本征表示，由图1的预测数 钢板的抗拉强度升高约7.8~8.8MPa,屈服强度 据可看到一种反常的现象，带材较薄时其抗拉 升高约3.9-4.9MPa,延伸率下降约0.5%，所以 强度和延伸率较低，这种反常现象与内部显微 这个实测值带有偶然因素.为此，我们做了3种 组织密切相关 板材的表面硬度实验，并利用现场实测的不同 600 工艺条件下同钢种的大量力学性能数据，对这 (a 550 3种规格板材的力学性能进行了预测.预测BP 实测 网络共3层：输入层有10个节点（包含出炉温 500 换算 度、成分、拉坯速度、板材厚度等)：隐含层17个 450 预测 节点；输出层3个节点（屈服强度、抗拉强度、延 400 伸率).网络训练时，惯性因子a0.25,学习效率 27 (b) 预测a 因子0.8；训练输人样本42（实测热轧ZJ400不 同带卷的力学性能)，训练迭代次数10000，网 实测 23 络的均方根误差2.36%.硬度实验、网络预测及 实测的数据关系如图1所示. 9 据图1(a),由HRB硬度值换算的抗拉强度 15 1.52.02.53.03.54.0 值和网络预测值得知，1.90,2.75mm带材两者与 h/mm 实测值符合较好，但3.80mm带材的值与实测 图1抗拉强度(a)与延伸率b)随板厚变化关系图（由 值相差较大.由于3种带材的化学成分及生产 HRB硬度值换算、网络预测和实测得到数据) 工艺参数相差不多，故可认为3.80mm带材的 Fig.1 Relationships between tensile strength,elongation 力学性能实测值带有偶然因素，不能真实地反 rate and thickness of strip 映其统计力学特征 由硬度实验数据还可看出，带材越薄，由表 2光学显微组织分析 面硬度值换算的抗拉强度越高.这可能是较薄 为了探讨轧制工艺与组织、性能的关系，本 带材的表面晶粒细小，由霍尔-培奇关系知其抗 文进行了微观组织研究.图2和图3是3种规 拉强度值高，薄带材表面温降大，加工硬化明 格板带的光学显微组织照片 (a) b (C) m 图23种规格带材轧向边部光学显微组织(a)1,90mmb)2.75mm:(c)3.80mm Fig.2 Surface microstructure of rolling direction of three strip 图33种规格带材轧向心部光学显微组织(a)1.90mmb)2.75mm(c)3.80mm Fig.3 Center microstructure of rolling direction of three strip

·528+ 北京科技大学学报 2001年第6期 ZJ400热轧带材显微组织为大量铁素体加 均直径约12m左右，几乎观察不到轧制流线 部分珠光体（颜色暗的部分），在光学显微镜下， (见图2(c)):轧向心部晶粒无明显变形，且基本 珠光体呈岛状和枝链状分布. 呈多边形，平均尺寸约13m(见图3(c)). 在光学显微组织中，1.90mm带材轧向边 在垂直于轧制方向（即宽向）上，晶粒变形随 部晶粒发生了明显的变形，沿着轧向拉长，晶粒 压下量的增大而增大，规律与轧向相同，但变形 大小不均匀，轧向平均尺寸约为26m,厚向约 程度远不如轧向明显.由晶粒直径统计直方图 为8~9m,部分脆性珠光体相及夹杂物沿轧制 4所示，带材的变形量增大时，晶粒的尺寸变小， 方向拉长，形成明显的轧制流线（见图2(a))；轧 但不均匀程度增大，且含有粗大的铁素体，可能 向心部晶粒的变形十分不均匀，晶粒尺寸差异 是因为变形不均或冷却速率不高造成的 比较显著，轧制流线不如边部明显（见图3(a)). 由显微组织分析可得出如下结论：实验用 2.75mm带材轧向边部晶粒沿轧向拉长，大小不 3种带材，变形量增大时，晶粒发生显著变形， 均匀，轧向平均尺寸约为24m,厚向约为11μ 具有明显的轧制流线，且晶粒大小的不均匀程 m,且有较为明显的轧制流线（见图2(b));轧向 度增加；因终轧温度较低，当在奥氏体非再结晶 心部部分晶粒沿轧向变形，晶粒大小不均匀，且 区变形时，铁素体形核不均匀，导致了组织的不 有过多的珠光体存在，这可能与成分偏析有关 均匀，且最终形成形变软化多边形铁素体晶粒， (见图3b)).3.80mm带材轧向边部部分晶粒沿 这种组织比铁素体一珠光体基体软)，故导致了 轧制方向拉长，轧向平均直径约20m,厚向平 带材抗拉强度和延伸率的轻微下降. 40 ☑1.90mm ▣2.75mm 量3.80mm 10 - 3-6 7-10 11-13 1416 19-21 da粒/Hm 图43种规格ZJ400带材宽向晶粒直径统计直方图 Fig.4 Statistic chart of particle diameter of width direction of three strip 3 扫描电镜组织及夹杂物分析 光体片层破碎（见图6(c).2.75mm轧向珠光体 组织，由于变形量加大，珠光体片层减小，在较 由图5一图7进一步分析珠光体的精细结 大的岛状珠光体内可看到片层结构，而对于小 构，并可了解变形后的夹杂物形状. 的珠光体晶粒几乎看不清片层结构（见图6(6）) 在图5（©）中，珠光体晶粒的大小不均匀，大 在1.90mm轧向珠光体结构中，由于变形量进一 晶粒呈岛状，小晶粒呈枝链状.3.80mm板材珠 步加大，岛状珠光体结构中的片层间距非常小， 光体组织呈片层状结构，间距较小，且与水平轧 能看清楚的珠光体片层也几乎与轧制方向平行 制方向有一定的夹角，由于变形量较大，部分珠 (见图6(a).在图5(a)中，沿轧制方向，能清楚地 图53种规格带材轧向边部显微组织（低倍）(a)1.90mm(b)2.75mm;c3.80mm Fig.5 Surfacc microstructurc of rolling direction of three strip (low times)

Vol.23 于浩等：轧制工艺对ZJ400热轧板带组织和性能的影响 ·529· 图63种规格带材轧向边部显微组织（高倍）(a)1.90mm;b)2.75mmc3.80mm Fig.6 Surface microstructure of rolling direction of three strip(high times) 看到条状的铁素体突起，局部放大图象如图7 几乎不发生变形而呈方形（见图7(a)；较软的 (a)所示，这可能是因为热轧织构造成腐蚀时沿 MnS,CaS夹杂物沿轧向变形（见图7b)). 特定晶面、晶向的铁素体易于溶解形成的 组织中残留的热轧织构引起力学性能的各 在扫描电镜实验中，发现夹杂物的含量极 向异性，从而导致带材抗拉强度和延伸率的降 少，但尺寸相对较大，夹杂物的主要成分是MnS, 低；因夹杂物的含量极少，故可忽略其影响 CaS,A1N,而AlN夹杂物比较硬，在轧制过程中 图7微观组织的夹杂物的形状(a)1.90mm宽向夹杂b)2.75mm宽向夹杂 Fig.7 Shape of inclusion in the microstructure 4结论 参考文献 1 Ganter Flemming,Karl-Ernst Hensger.Extension of Prod- (1)当变形量增加时，晶粒的尺寸变小，但晶 uct Range and Perspectives of CSP Technology.MPT In- 粒尺寸的不均匀程度增加，这可能是由于变形、 ternational,2000(1):54 冷却不均匀或终轧温度较低造成的. 2宋维锡.金属学.北京：治金工业出版杜，1989.276 (2)较薄带材的最终组织中残留有热轧织 3 Devadas C,Samarasekera I V,Hawbolt E B.The Ther- 构，引起带材力学性能的各向异性，造成薄带材 mal and Metallurgical State of Steel Strip During Hot Rol- 强度和延伸率的轻微下降. ling:part III.Microstructural Evolution.Metallurgical Transactions A,1991,22A(2):335 Influence of Different Rolling Gauges on Microstructure and Mechanical Properties of ZJ400 Strip YU Hao,KANG Yonglin,LIU Delu,FU Jie Material Science and Engineering UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The relation between technics and microstructure,mechanical properties has been stadied.The experiment results show that the degree of offsetting of particle structures increases when the degree of distor- tion grows.Big ferrites and hot rolling texture are left behind in particle structures,which leads the anisotropy of mechanics,so the tensile strength and elongation rate reduce. KEY WORDS CSP;texture;tensile strength;elongation rate