米振莉等：700MP冷轧低合金超高强钢的典型连续退火工艺 ·189* 铁素体晶粒内部，存在着大量纳米尺寸的亚晶结构，这 用800℃加热、400℃过时效的连续退火工艺，可以生 些亚晶密集的分布在铁素体内部，当位错在铁素体内 产出屈服强度为700MPa、延伸率10%左右的冷轧低 部运动时，这些纳米尺寸的亚晶将强烈地阻碍位错的 合金超高强薄板产品. 滑移，使得铁素体的强度大大提高，但与此同时也会降 (2)800℃连续退火后的典型组织为多边形铁素 低钢的延伸率，这也是800℃连续退火后实验钢延伸 体+少量的贝氏体，其中铁素体晶粒尺寸可达1.4 率较低的原因之一. μm;较低的退火温度，最终组织中仍保留着冷轧的纤 除了亚晶结构以外，钢中还是存在着一定量的位 维组织：而830℃退火时钢中组织均为多边形铁素体， 错，图5（©）中箭头所示，这些位错主要集中在晶界处， 且晶粒已经粗化，强度急剧下降 并且缠结塞积在一起，大部分在回复过程中得到合并 (3)800℃连续退火后的组织中存在着纳米尺寸的 消除，个别的保留至室温的，由于位错是钢在外力作用 亚晶和T、的析出物以及少量的位错，这些微结构单元 下的形变过程中产生的，位错对于钢的屈服强度提升 的存在，虽然在一定程度上降低了钢的韧性，但对钢的屈 有很大的帮助，可以给冷轧低合金超高强钢带来一定 服强度起到了很大的提升作用，提高析出物的体积分数 的强度提升，同时不会明显降低钢的韧性 和降低粒子的平均直径，将会增强析出强化效果 钢中存在着一定量的T、b析出物是保证冷轧低 合金超高强钢产品强度的另一个重要方面.图5(b) 参考文献 左下角的电子探针能谱结果显示：在800℃连续退火 [1]Shang C J,Wang X M,He X L.A special TMCP used to develop 后的组织中，存在着100~300nm的Ti、Nb复合析出 a 800 MPa grade HSLA steel.J Unir Sci Technol Beijing,2001,8 物，如图中红色箭头所示，图5(d)为透射电镜下观察 (3):224 到的钢中的TiC析出，图5(e)中弥散分布着主要以Nb 2] Xue Q.Benson D,Meyers M A,et al.Constitutive response of welded HSLA 100 steel.Mater Sci Eng A,2003,354(12):166 为主析出物，这些析出物的尺寸显著小于前两类，主要 B] Femandez J,Illescas S,Guilemany J M.Effect of microalloying 尺寸分布在5~30m之间，这主要与Nb的析出温度 elements on the austenitic grain growth in a low carbon HSLA 较低有关.但这类析出物的分布最广，对钢强度的贡 steel.Mater Lett,2007,61(11-2):2389 献也最为显著.当位错在运动中与这些析出物相遇 4 Bakkaloglu A.Effect of processing parameters on the microstruc- 时，在析出物质点的两侧就会增加柏氏矢量宽度的相 ture and properties of an Nb microalloyed steel.Mater Let,2002. 56(3):263 界面，位错要切过质点，就要增加外力做功，即析出物 5] Misra R D K,Nathania H,Hartmann J E.Microstructural evolu- 的切过机理.采用Ashby一Drowan公式可对切过机理 tion in a new 770 MPa hot rolled Nb-Ti microalloyed steel.Mater 作用下的析出强化效果做出估算： Sci Eng A,2005,394(12):339 4如=-0.4×2n六Ma (3) Suarez M A,Alvarez-Perez MA,Alvarez-Fregoso O,et al.Effect of nanoprecipitates and grain size on the mechanical properties of 式中，G为材料的剪切模量，b柏氏矢量，L为第二相粒 advanced structural steels.Mater Sci Eng A,2011,528 (15): 4924 子的间距，x为粒子的平均直径. [] Mousavi Anijdan S H,Rezaeian A,Yue S.The effect of chemical 式(3)中粒子间距采用有效间距，即表征析出物 composition and austenite conditioning on the transformation be- 在基体中弥散分布的程度，提高了微合金钢中析出强 havior of microalloyed steels.Mater Charact,2012,63:27 化预测值的准确度m.Gladman等☒将各个参数进 8] Debanshu B.Developments in advanced high strength steels / 行进一步的修正和计算，简化为只与析出物体积分数 The Joint International Conference of HSLA Steels.Sanya,2005, 和粒子平均直径相关的公式： 40:69 Shi X L,Zhang J P.Liu Y G,et al.Effect of continuous annea- Ao=59y应n (2.5 x10-,MPa. D (4) ling process on the mechanical properties of cold-rolled low silicon D HSLA steel sheets.J Unir Sci Technol Beijing,2008,30(8): 式中，为基体中析出物的体积分数，D为析出物的平 870 均直径 (施雄樑，张建平，刘永刚，等.连续退火工艺对低硅型冷轧 低合金高强度钢板力学性能的影响.北京科技大学学报， 通过式(3)和(4)可得出一定范围内，降低析出物 2008,30(8):870) 粒子间的有效间距（提高析出粒子的体积分数）和降 [00] Zhao X M,Wu D,Zhang LZ,et al.Modeling of isothermal pre- 低粒子的平均直径，将会增强析出强化的效果，提高钢 cipitation kinetics in HSLA steels and its application.Acta Metall 的屈服强度.通过公式也可以计算出第二相粒子的析 Sin Engl Lett,2004,17(6):902 出强化作用值. [11]Gladman T.Precipitation hardening in metals.Mater Sci Techn- ol,1999,15(1):30 3结论 [12]Gladman T,Dulieu T,Melvor D,et al.Structure-Property Rela- tionship in High-strength Microalloyed Steels.New York:Union (1)利用0.12%Ti-0.076%Nb的化学成分，采 Carbide Corporation,1977:32米振莉等: 700 MPa 冷轧低合金超高强钢的典型连续退火工艺 铁素体晶粒内部，存在着大量纳米尺寸的亚晶结构，这 些亚晶密集的分布在铁素体内部，当位错在铁素体内 部运动时，这些纳米尺寸的亚晶将强烈地阻碍位错的 滑移，使得铁素体的强度大大提高，但与此同时也会降 低钢的延伸率，这也是 800 ℃ 连续退火后实验钢延伸 率较低的原因之一． 除了亚晶结构以外，钢中还是存在着一定量的位 错，图 5( c) 中箭头所示，这些位错主要集中在晶界处， 并且缠结塞积在一起，大部分在回复过程中得到合并 消除，个别的保留至室温的，由于位错是钢在外力作用 下的形变过程中产生的，位错对于钢的屈服强度提升 有很大的帮助，可以给冷轧低合金超高强钢带来一定 的强度提升，同时不会明显降低钢的韧性． 钢中存在着一定量的 Ti、Nb 析出物是保证冷轧低 合金超高强钢产品强度的另一个重要方面． 图 5( b) 左下角的电子探针能谱结果显示: 在 800 ℃ 连续退火 后的组织中，存在着 100 ～ 300 nm 的 Ti、Nb 复合析出 物，如图中红色箭头所示，图 5( d) 为透射电镜下观察 到的钢中的 TiC 析出，图5( e) 中弥散分布着主要以 Nb 为主析出物，这些析出物的尺寸显著小于前两类，主要 尺寸分布在 5 ～ 30 nm 之间，这主要与 Nb 的析出温度 较低有关． 但这类析出物的分布最广，对钢强度的贡 献也最为显著． 当位错在运动中与这些析出物相遇 时，在析出物质点的两侧就会增加柏氏矢量宽度的相 界面，位错要切过质点，就要增加外力做功，即析出物 的切过机理． 采用 Ashby--Orowan 公式可对切过机理 作用下的析出强化效果做出估算: Δσ = 0. 84 × 1. 2Gb 2πL ln x 2b ，MPa． ( 3) 式中，G 为材料的剪切模量，b 柏氏矢量，L 为第二相粒 子的间距，x 为粒子的平均直径． 式( 3) 中粒子间距采用有效间距，即表征析出物 在基体中弥散分布的程度，提高了微合金钢中析出强 化预测值的准确度［11］． Gladman 等［12］ 将各个参数进 行进一步的修正和计算，简化为只与析出物体积分数 和粒子平均直径相关的公式: Δσ = 5. 9 槡νf D ( ln D 2. 5 × 10 － 4 ) ，MPa． ( 4) 式中，νf 为基体中析出物的体积分数，D 为析出物的平 均直径． 通过式( 3) 和( 4) 可得出一定范围内，降低析出物 粒子间的有效间距( 提高析出粒子的体积分数) 和降 低粒子的平均直径，将会增强析出强化的效果，提高钢 的屈服强度． 通过公式也可以计算出第二相粒子的析 出强化作用值． 3 结论 ( 1) 利用 0. 12% Ti--0. 076% Nb 的化学成分，采 用 800 ℃加热、400 ℃ 过时效的连续退火工艺，可以生 产出屈服强度为 700 MPa、延伸率 10% 左右的冷轧低 合金超高强薄板产品． ( 2) 800 ℃连续退火后的典型组织为多边形铁素 体 + 少量 的 贝 氏 体，其中铁素体晶粒尺寸可达 1. 4 μm; 较低的退火温度，最终组织中仍保留着冷轧的纤 维组织; 而 830 ℃退火时钢中组织均为多边形铁素体， 且晶粒已经粗化，强度急剧下降． ( 3) 800 ℃连续退火后的组织中存在着纳米尺寸的 亚晶和 Ti、Nb 的析出物以及少量的位错，这些微结构单元 的存在，虽然在一定程度上降低了钢的韧性，但对钢的屈 服强度起到了很大的提升作用，提高析出物的体积分数 和降低粒子的平均直径，将会增强析出强化效果． 参 考 文 献 ［1］ Shang C J，Wang X M，He X L． A special TMCP used to develop a 800 MPa grade HSLA steel． J Univ Sci Technol Beijing，2001，8 ( 3) : 224 ［2］ Xue Q，Benson D，Meyers M A，et al． Constitutive response of welded HSLA 100 steel． Mater Sci Eng A，2003，354( 1-2) : 166 ［3］ Fernández J，Illescas S，Guilemany J M． Effect of microalloying elements on the austenitic grain growth in a low carbon HSLA steel． Mater Lett，2007，61( 11-12) : 2389 ［4］ Bakkaloglu A． Effect of processing parameters on the microstruc- ˇ ture and properties of an Nb microalloyed steel． Mater Lett，2002， 56( 3) : 263 ［5］ Misra Ｒ D K，Nathania H，Hartmann J E． Microstructural evolu￾tion in a new 770 MPa hot rolled Nb--Ti microalloyed steel． Mater Sci Eng A，2005，394( 1-2) : 339 ［6］ Suarez M A，Alvarez-Pérez M A，Alvarez-Fregoso O，et al． Effect of nanoprecipitates and grain size on the mechanical properties of advanced structural steels． Mater Sci Eng A，2011，528 ( 15 ) : 4924 ［7］ Mousavi Anijdan S H，Ｒezaeian A，Yue S． The effect of chemical composition and austenite conditioning on the transformation be￾havior of microalloyed steels． Mater Charact，2012，63: 27 ［8］ Debanshu B． Developments in advanced high strength steels / / The Joint International Conference of HSLA Steels． Sanya，2005， 40: 69 ［9］ Shi X L，Zhang J P，Liu Y G，et al． Effect of continuous annea￾ling process on the mechanical properties of cold-rolled low silicon HSLA steel sheets． J Univ Sci Technol Beijing，2008，30 ( 8 ) : 870 ( 施雄樑，张建平，刘永刚，等． 连续退火工艺对低硅型冷轧 低合金高强度钢板力学性能的影响． 北京科技大学学报， 2008，30( 8) : 870) ［10］ Zhao X M，Wu D，Zhang L Z，et al． Modeling of isothermal pre￾cipitation kinetics in HSLA steels and its application． Acta Metall Sin Engl Lett，2004，17( 6) : 902 ［11］ Gladman T． Precipitation hardening in metals． Mater Sci Techn￾ol，1999，15( 1) : 30 ［12］ Gladman T，Dulieu T，McIvor D，et al． Structure--Property Ｒela￾tionship in High-strength Microalloyed Steels． New York: Union Carbide Corporation，1977: 32 · 981 ·