第6期 王岩等：卷取温度对低碳钢组织性能及AN析出行为的影响 749° 二相粒子，并最终得到二相粒子的平均粒度和质量 进行理论分析，并使用TM对A的析出形态和成 分数，分析测试工作由国家钢铁材料测试中心完成. 分进行研究. 应用热力学和动力学理论对AN的沉淀析出过程 表1实验用钢的化学成分和卷取温度 Table Chem ical oomposition and ooiling wmperature of experment steel 卷取 合金元素的质量分数% 炉次 温度℃ Si Mn Alt Als 740 003 002 022 0012 0008 0031 0029 00021 680 710 003 002 022 0007 0009 0038 0037 00027 640 注：A代表钢中所含的全铝.AI代表钢中所含的酸熔铝. 卷取温度为640℃时.钢的屈服强度却低于680℃和 2实验结果及分析 710℃时的屈服强度.在Orowan机制作用下，第2 21力学性能及晶粒度分析 相导致的钢铁材料的强度增加值公式为： 不同卷取温度下SHC钢的力学性能和晶粒度 YS=89952X10a2417g (1) 如表2所示. 对表2中数据进行分析可知，随着卷取温度的 式中，YS为第2相导致的材料强度的增量，MP?f 升高，SHC钢的晶粒度降低，伸长率的变化不明 为析出物体积分数；为析出物平均粒径，m 显.随着晶粒尺寸的细化，钢的强度呈上升趋势：但 由式(1)和表3的相分析和粒度分析结果，对 表2力学性能和品粒度 Tab le2 Mechanical Propenies and grain size 炉次 卷取温度℃ 屈服强度MPa 抗拉强度MPa 伸长率% 品粒度 740 205 300 580 74 680 230 315 565 80 710 227 307 560 78 640 213 320 55.0 81 不同卷取温度下析出物导致的材料强度增量进行计 同卷取温度下析出物的质量分数、不同析出物中N 算.计算强度增量结果为：740℃，9.37MP?710℃， 元素占钢中总的质量比R,所有析出物中的N占 11.33MPg680℃10.5MPg640℃12.25MPa可 钢中总的质量比R列于表3. 以看出，析出物对材料强度增量的影响非常微弱，并 由表3中的相分析结果可以看出，随着卷取温 且不同卷取温度条件下强度增量值相差无几.对不 度的升高，钢中N被A固定的分数提高.同时考虑 同工艺条件下材料的金相组织进行观察，发现卷取 合金碳氮化物(FEC)3(C)中N元素在合金的 温度为640℃时，材料的晶粒组织存在不均匀现象， 质量分数，则不同卷取温度下所有析出物中N占总 分析其原因为相变后的铁素体组织在较低的卷取温 N的质量比分别为：740℃，100.0%：680℃47.6%： 度下促使晶粒长大以及均匀化的驱动力降低所致， 710℃，89.0%：640℃48.1%.当卷取温度为740℃ 从而使材料的强度降低 时，钢中的已经完全析出.对于连续退火工艺，由 2.2AN的析出 于其具有快的加热速度（约500Kmr1)和比较短 应用化学相分析和粒度分析方法，测定钢中所 的退火时间(1~5m,再结晶会先于AN的析出， 有析出物的化学组成以及析出物中各元素占合金的 而间隙固溶元素会对再结晶过程中织构的发展产生 质量分数.化学分析结果表明，不同卷取温度下析 不利影响，因此要求元素在热轧过程中完全以 出的MC相均为(FFC;(C型碳氨化物.不 化合态的形式析出，从而提高其深冲性能第 6期 王 岩等:卷取温度对低碳钢组织性能及 AlN析出行为的影响 二相粒子, 并最终得到二相粒子的平均粒度和质量 分数, 分析测试工作由国家钢铁材料测试中心完成 . 应用热力学和动力学理论对 AlN的沉淀析出过程 进行理论分析, 并使用 TEM对 AlN的析出形态和成 分进行研究. 表 1 实验用钢的化学成分和卷取温度 Table1 Chemicalcompositionandcoilingtemperatureofexperimentsteel 炉次 卷取 温度 /℃ 合金元素的质量分数 /% C Si Mn P S Alt Als N 1 740 680 0.03 0.02 0.22 0.012 0.008 0.031 0.029 0.002 1 2 710 640 0.03 0.02 0.22 0.007 0.009 0.038 0.037 0.002 7 注:Alt代表钢中所含的全铝, Als代表钢中所含的酸熔铝. 2 实验结果及分析 2.1 力学性能及晶粒度分析 不同卷取温度下 SPHC钢的力学性能和晶粒度 如表 2所示 . 对表 2中数据进行分析可知, 随着卷取温度的 升高, SPHC钢的晶粒度降低, 伸长率的变化不明 显 .随着晶粒尺寸的细化, 钢的强度呈上升趋势 ;但 卷取温度为 640℃时, 钢的屈服强度却低于 680℃和 710℃时的屈服强度 .在 Orowan机制作用下, 第 2 相导致的钢铁材料的强度增加值公式 [ 2] 为: YSp =8.9952 ×10 3 f 1/2 d ln( 2.417d) ( 1) 式中, YSp为第 2相导致的材料强度的增量, MPa;f 为析出物体积分数 ;d为析出物平均粒径, nm. 由式 ( 1) 和表 3的相分析和粒度分析结果, 对 表 2 力学性能和晶粒度 Table2 Mechanicalpropertiesandgrainsize 炉次 卷取温度 /℃ 屈服强度 /MPa 抗拉强度 /MPa 伸长率 /% 晶粒度 1 740 680 205 230 300 315 58.0 56.5 7.4 8.0 2 710 640 227 213 307 320 56.0 55.0 7.8 8.1 不同卷取温度下析出物导致的材料强度增量进行计 算 .计算强度增量结果为:740℃, 9.37 MPa;710℃, 11.33 MPa;680℃, 10.5 MPa;640℃, 12.25 MPa.可 以看出, 析出物对材料强度增量的影响非常微弱, 并 且不同卷取温度条件下强度增量值相差无几 .对不 同工艺条件下材料的金相组织进行观察, 发现卷取 温度为 640℃时, 材料的晶粒组织存在不均匀现象, 分析其原因为相变后的铁素体组织在较低的卷取温 度下促使晶粒长大以及均匀化的驱动力降低所致, 从而使材料的强度降低. 2.2 AlN的析出 应用化学相分析和粒度分析方法, 测定钢中所 有析出物的化学组成以及析出物中各元素占合金的 质量分数.化学分析结果表明, 不同卷取温度下析 出的 M3 C相均为 ( Fe, Cr) 3 ( C, N)型碳氮化物 .不 同卷取温度下析出物的质量分数 、不同析出物中 N 元素占钢中总 N的质量比 R1 、所有析出物中的 N占 钢中总 N的质量比 R2 列于表 3. 由表 3中的相分析结果可以看出, 随着卷取温 度的升高, 钢中 N被 Al固定的分数提高.同时考虑 合金碳氮化物 ( Fe, Cr) 3 ( C, N)中 N元素在合金的 质量分数, 则不同卷取温度下所有析出物中 N占总 N的质量比分别为 :740℃, 100.0%;680℃, 47.6%; 710℃, 89.0%;640℃, 48.1%.当卷取温度为 740℃ 时, 钢中的 N已经完全析出.对于连续退火工艺, 由 于其具有快的加热速度 (约 500 K·min -1 )和比较短 的退火时间 ( 1 ～ 5 min), 再结晶会先于 AlN的析出, 而间隙固溶元素会对再结晶过程中织构的发展产生 不利影响 [ 3] , 因此要求 N元素在热轧过程中完全以 化合态的形式析出, 从而提高其深冲性能. · 749·