D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1991.01.026 第13卷第4(1)期 北京科技大学学报 Vo1.13No.4(I) 1991年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing July 1991 非调质40MnVS钢的控轧和性能 黎秀球· 摘要：研究了非调质钢40MVS钢在控轧条件下的金相组织与力学性能，分析了工艺 参数对金相组织和力学性能的影响。试验结果表明：增大轧后冷却速度（从0.1→11℃/s), 显著提高钢的强度，而韧性、塑性基本保持不变，这与组织中出现细小快素体晶粒有关。终 轧温度的变化(850~1050℃)对强度、塑性影响不大。随终轧温度的升高韧性较大幅度地下 降，当轧后冷速<1℃/s时更为突出，这与：素体品粒粗化相对应，室温冲击韧性受铁素体 含量和晶粒尺寸控制。 关键词：控制轧制，非调质钢，显微组织，性能 The Controlled Rolling and Properties of Non- Heat Treated Steel-40MnVS Li Xiuqiu ABSTRACT:The microstructure and properties of non-heat treated vanadium alloyed steel-40Mn VS after controlled rolling have been investigated.The re- sults showed that the strength and toughness are increases with accelerating cooled (from 0.1C/s to 11C/s)after rolling,because of ferrite grain refine- ment.The effects of finish-rolling temperature (from 850C to 1050C)on the strength and ductility is unnoticeable,but the toughness is decreased clearly. When cooled speed is slower than 1c/s,the toughness at room temperature are controlled by ferrite grain and its volume fraction. KEY WORDS:controlled rolling,non-head treated steel,microstructure,pro- perty 1990-07-25收稿 ,材料科学与T程系(Department of Materials Science and Engineering) 333
第 卷第 确 北 京 科 技 大 学 学 报 年 了月 。 。 ，， 非调质 钢的控轧和性能 黎 秀球 ’ 摘 要 研究了非调质钢 钢在控轧条件下 的金相组 织与力学 性能 ， 分析 了工艺 参数对金相组 织和力学性能 的影响 。 试验结果表 明 增大轧后冷却速度 从。 。 ， 亡 ， 显著提高钢的强 度 ， 而韧 性 、 塑 性基本保持不 变 ， 这 与组织 中出现细小铁素体晶粒有关 。 终 轧 温度的变化 。 一 。 ℃ 对强度 、 塑性 影响不大 。 随终轧温度的升高韧 性较大幅度地下 降 ， 当轧 后冷速 ℃ 时更 为突 出 ， 达与铁素体 晶粒粗化相对应 。 室 温冲击韧性受铁 素体 含量 和晶粒尺寸控 制 。 关键词 控 制轧制 ， 非调 质钢 ， 显微组织 ， 性能 一 一 一 。 ℃ ℃ ， 一 ， ℃ ， ， ℃ ， · ， 一 ， ， 手 · 一 一 收稿 ， 材料科学 与工 程系 ‘ 。 戊 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．04．026
控轧技术早已成功地应用于低碳微合金高强度钢。它可以有效地细化品粒及控制微合金 元素碳氮化合物的析出，从而改善钢的综合力学性能1,2)。中碳微合金化非调质钢轧后冷 却过程中在先共析铁素体或珠光体的铁素体中析出细小、弥散的碳氯化物质点。控轧技术的 应用有效地细化晶粒、控制碳氯化物质点的析出，有助于获得优良的综合力学性能？3)。 本文主要研究了终轧温度、轧后冷却速度对金相组织和力学性能的影响，为充分发挥材 料潜力制定最佳的热轧工艺提供依据。 1试验方法 试验用钢由大连钢厂电炉冶炼，钢的化学成分(wt%)为0.39C-1.4Mn-0.58Si-0.019P. 0,055S-0.07V-0.14N-0.006Cr-0.05Ni-0.07Cu-0.01Ti,经开坯轧制成60mm捧材，改 锻成60mm×60mm×100mm坯材，最后进行控轧，轧前加热温度1200℃，开轧温度1150℃. 终轧温度分别为850℃、950℃、1050℃。轧后采用石棉板夹冷（冷速0.1℃/s)、空冷 (1℃/s)及喷水冷(11℃/s),拉伸试样采用d。=6mm的标谁短试样，冲击为10mm×10m m×55mm夏比V型缺口标准试样。拉伸试验在Instrom1255型拉伸试验机上进行，用定量 金相法测定各组织参数。 2试验结果及讨论 2。】终轧温度对显微组织和力学性能的影响 终轧温度的变化(850一1050℃)对材料强度和塑性影响不大，而随着终轧温度的升高， 共韧性几乎呈直线下降（见图1,2）。观察其金相组织珠光体百分数、珠光体片层间距无明显区 别，而铁素体晶粒尺寸趋于增大，轧后缓慢冷却更为明显。显然，终轧温度的降低，使y→ Air cooling 1000 ●Air-coling oSlow cooling_70 o 3low-coa!inl 60 60 800 50t 50 6 40 40 600 30 30 ● 20 20 400L B00 900 1000 1100 0 10 T/℃ 0 800 900 1000 1700 T℃ 图1终轧温度对强度的形响 图2终轧温度对塑性、韧性的影胸 Fig.1 Effect of finish-rolling tem- Fig.2 Effect of finish-rolling tempera- perature on strength ture on dutiling and toughness 334
控轧技术早 已成功地应用 于低碳微合金 高强度钢 。 它可以 有效地 细化晶粒及控制微合金 元素碳氮化合物的析 出 ， 从而 改善钢的综合力 学性能 〔 ’ · 〕 。 中碳微 合金化非调质钢轧后 冷 却过程 中在先共析铁素体或珠光体的 铁素体 中析 出细小 、 弥散的 碳氮化物质点 。 控轧技术 的 应用有效地细化晶粒 、 控制碳氮化物质点的析 出 ， 有助于获得优 良的绘合力 学性能 〔 “ ’ 。 本文 主要研 究了 终轧温度 、 轧后冷却速度对金 相组织和力 学性 能的影响 ， 为充分发 挥材 料潜力制定最佳的热轧 工艺提供依据 。 试验方法 试验 用钢由大连钢厂 电炉冶 炼 ， 钢的化学成分 纬 为。 。 一 一 。 。 一 。 。 。 一 。 一 。 一 。 一 。 一 。 一 。 ， 经 开 坯 轧制成沪 棒材 ， 改 锻成 坯材 ， 最后进行控轧 ， 轧前加热 温度 ℃ ， 开轧温度 ℃ 终轧温度分别 为 ℃ 、 。 ℃ 、 ℃ 。 轧 后 采 用 石 棉 板 夹 冷 冷速 ℃ 、 空冷 ℃ 及喷水冷 ℃ ， 拉伸试样采 用 。 二 的标准短试样 ， 冲击为 夏比 型缺 口 标准试样 。 拉伸试验在 型拉伸试验机 上 进 行 ， 用定量 金 相 法测定各组织参数 。 试验结果及讨论 。 终轧沮度对显徽组 织 和力学性能 的影响 终轧温度的变化 一 。 ℃ 对材料强 度和塑性影响不大 ， 而随着终轧温度 的升高 ， 其韧性几乎呈直 线下降 见 图 ， 。 观察其金相组织珠光体百分数 、 珠光体片层间距无 明显区 别 ， 而 铁素体 晶粒尺 寸趋 于增大 ， 轧 后缓慢冷却更为 明显 。 显然 ， 终轧温度的降低 ， 使 八 」… 一 〔 、 ， 门 匕 ‘ 。 一 〔 门 口 ’ 止 ’ 甲 走。 ‘研 之 匕门 ‘任。一 。︺﹄ 吸吞八 ，工污‘ 日 二 ， 曰口 ，， 红 匕口 丁 ” 勺 挤 一 」 一 爪一 日日 。 图 终轧温度对强度的影响 一 图 终轧温度对塑性 、 韧 性 的影响 五一 几 ‘
转变前y相中形成大量缺陷、形变带或滑移带，火大地增加y>α时的形核率，有效地细化铁 素体晶粒。山此可见，当轧后不能实现快速冷却时可适当降低终轧温度，以获得细小的铁 素体晶粒改善韧性。在空冷条件下终轧温度为850℃、950℃、1050℃；其铁素体含量分别 为34%、24%、24%；铁素体晶粒直径分别为4Hm、4.5um和5um。850℃终轧时铁素体含 量大、晶粒细小，获得最火的as值(69J/cm2),而当终轧温度为950℃和1050℃时所得铁素 体含量相同，只是铁素体晶粒尺寸稍有差异，但ax值从50J/cm2降到42J/cm2,可以认为中 碳非调质钢的室温韧性取决于铁素休含量和铁素体品粒尺寸。 2,2轧后冷却速度对显微组织和力学性能的影响 在试验工艺条件下，轧后缓冷或空冷都得到珠光体+铁素体组织，见图3。铁素体晶粒 尺寸和珠光体片层间距随冷却速度加大而变小，铁素体品粒细化率( 2×10%)为 d。-d (a)850℃终轧，轧后空冷 (b)850℃终轧，轧后缓冷 图3不同工艺轧后显微组织 Fig.3 Microstructure after controlled rolling at finish rolling of 850C,followed by air cooling (a):followed by slow cooling (b) --80t, 70 2--50℃ 1BuU 60 60 50 50 40 6 3 30 600 20 色 0 1--U50℃ 400 2--950℃ 0 0 63 10 0 2 68 10 '/℃◆g-1 U/℃s1 图4轧后冷却速度对强度的影响 5冷却速度对塑性、韧性的影响 Fig,4 Effect of cooled rate after Fig,5 Effect of cooled rate after rolling rolling on strength on ductility and toughness 335
转变前夕相 中形 成大 量 缺 陷 、 形 变带 或滑移 带 ， 大大 地 增加夕、 。 时 的形 核 率 ， 有效 地 细化 铁 素体 晶粒 。 山此 可见 ， 当轧后 不 能实 现快速 冷却时 一 可适 当降 低 终轧 温度 ， 以获得 细 小 的 铁 素体 晶粒改善韧 性 。 在空 冷条件下 终轧 温度 为 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 其 铁素 体 含 量分别 为 、 、 铁素体 晶粒直径分别 为 八 、 郑 和 声 。 ℃ 终轧时 铁素体含 量大 、 晶粒 细小 ， 获得 最大 的 值 ， 而 当终轧 温 度 为 ℃ 和 ℃ 时 所得 铁素 体 含量相 同 ， 只 是 铁素体 晶粒尺 寸 稍 有差 异 ， 但 值 从 “ 降到 “ ， 可 以认为 中 碳非 调质 钢 的室温 韧 性取决 于 铁素体 含量和 铁素体 屏 。粒尺 寸 。 ， 轧后 冷却速 度对显微 组 织 和 力学 性能 的影 晌 在试 验工艺 条件下 ， 轧 后 缓冷或空 冷都得 到 珠光体 铁素体组织 ， 见 图 。 铁素 体 晶粒 。 一 尺 寸和 珠光体 片层 间距 随 冷却速度加大而 变小 ， 铁素体 晶粒 细化 率 才 一 为 一 、 。 ℃ 终 轧 ， 轧 后空 冷 图 不 同工艺 轧后 显微组 织 ， 于 。 ℃ 终 轧 ， 轧后 缓冷 」 口 ℃ ， 叫广只日﹃︹曰门曰曰 声斗 甲任。 · ︸产、习刁 门日汉 夕 又，门︺勺‘ 门曰门日︵ 少 卜 卜 一 一嘴 一 一 － － ，，甲甲蜘 ， 户， ‘二砂 几才 少产 勺‘ ‘ ‘ 心 了 卜 ‘自绝 众七、盆盔 理幽‘ 称铂 公一 娜 二 巴竺竺 卜 甲 北 呼 〕， 护多日 。 八卜峪 扒 协甲 一一 一 州讥 一… 一 必 户经当 沪产砂浏 一畔 ， 」 弓尸尹夕洲一 ‘ 芝几口 之 乙卜 门口 沙 。 口 。 ， 一 飞 图 轧后 冷 却速 度 对 强 度 的 影响 ， 遭 室 斗 口 。 一 图 冷 却 速 度对 塑性 、 韧 性的影响 习 工
30%,其中d、d。为轧后空、缓冷铁素体晶粒平均直径。珠光体片层间距减小19%。这都能有效 地提高强度和韧性（塑性略有下降，如图4,5）， 如进一步采用喷水冷却(11℃/s)显微组织中 出现贝氏体（图6），这时材料的强度和韧性 急刷增大，在850℃和950℃终轧时0a、ax分 别增大了284、99MPa及8、29J/cm。 3结论 (1)40MnVS钢采用850℃、950℃终轧， 图6850℃终轧后水冷显微组织 F+P+B 轧后水冷可获得优良的综合力学性能σs=542 Fig.6 Microstructure after finish rolling -767MPa,0b=813-935MPa,p=(57-59) of850℃，with water cooling %,6=(17-23)%,ak=70~73J/cm2,这 是与其显微组织中铁素体晶粒细化相对应的。 (2)在其它工艺参数相同的条件下，提高终轧温度（在850℃~1050℃范围内）对强 度、塑性影响不大，但显著降低钢的韧性，这是铁素体晶粒粗化的结果，轧后缓冷使此效应 更明显。 (3)40MnVS钢室温冲击韧性主要受先共折铁素体含量和铁素体晶粒尺寸控制，先共析 铁素体含量增加、晶粒细化，室温冲击韧性将会提高。 参考文献 1 Deardo A J.HSLA Steels Technology and Applications,Internation Con- ference Proceedings,1983,86 2 Fegredo D H,et al.HSLA Steels Technology and Applications Inter- nation Conference Proceedings,1983,96 3黎秀球。北京科技大学学报，1989,11(1)：23 336
， 其 中 、 。 为轧后 空 、 缓冷 铁素 体晶粒平均直径 。 珠光体片层 间距减小 。 这都 能有效 地 提高强度和韧性 塑性略有下降 ， 如 图 ， ， 如 进一步采 用喷水冷却 ℃ 显微组织 中 出现 贝氏体 图 ， 这时材料 的强 度和 韧性 急剧增大 ， 在 ℃ 和 ℃ 终 轧 时 “ 。 、 分 别增大 了 、 及 、 “ 。 结 论 钢采用 、 ℃ 终轧 ， 车 后水冷可获得优 良的综合力 学性 能 。 一 ， ， 一 ， 劝 一 ， 一 ， 一 “ ， 这 是与其显微组织 中铁素体 晶粒细化相对应 的 。 图 ℃ 终 轧后水冷 显 微组 织 ℃ ， 在其它 工 艺 参 数 相 同 的条件下 ， 提高终轧温 度 在 ℃ 一 ℃ 范 围 内 对强 度 、 塑 性影 响不大 ， 但 显著降低钢的韧性 ， 这是铁素体晶粒粗化的结 果 ， 轧后 缓冷使此 效应 更 明显 。 钢室温 冲击 韧性 主要受先共折 铁素体含量和铁素 体晶粒尺 寸控 制 ， 先 共 析 铁素 体含量 增加 、 晶粒细化 ， 室温冲击韧性 将会提高 。 参 考 文 献 ， ， ， ， ， ， ， 黎 秀球 北京科技 大学学 报 ，
