48 工程科学学报，第37卷，第1期 3.3析出强化效果的定量分析 度的贡献值分别为126MPa和128MPa,因而2*钢中添 钢中第二相粒子的析出强化作用主要取决于粒子 加Mo元素虽然对T的析出行为有所影响，但对总的 的尺寸、分布及体积分数.其强化效果与质点的平均 析出强化效果影响不大，2钢中加入Mo主要通过细化 直径成反比，与其体积分数的平方根成正比.此外，析 组织，起到细晶强化的作用. 出相的部位和形状对强度都有影响，其一般规律是：沉 淀颗粒分布在整个基体上比晶界沉淀的效果好：颗粒 4结论 形状球状和片状相比，球状有利于强化.在奥氏体中 (1)CSP流程生产的钛微合金化高强钢中析出粒 析出的TN和Ti,C,S2虽然对控制晶粒长大有效，但因 子主要为球形的纳米级TiC,其中10nm以下粒子质量 为粒子尺寸较大，并且相距较远，析出强化效果较弱： 占总析出粒子质量的7%~9%：同时，钢中存在少量 起到析出强化效果的粒子主要为低温时在铁素体中形 的长条状及不规则形状的Ti,C,S2 成的TiC. (2)热力学计算表明，在均热阶段，TN粒子完成 沉淀强化机制是位错和颗粒之间的相互作用，可 析出过程，主要起到抑制奥氏体晶粒长大作用.随着 以由两种机制来描述：(1)对提高强度作用较小的剪 轧制变形的进行，TiC粒子逐渐析出，由于CSP工艺轧 切过程：(2)对提高强度有积极作用的绕过过程. 制速度快，道次间隔短，TC粒子没有足够的时间析 为了定量分析强化效果，通常假设析出的第二相 出，主要在卷取及随后的空冷过程析出，起析出强化的 粒子是以不可变形粒子的绕过机制起作用，根据Glad- 作用. man网的理论，采用Ashby-一Orowan修正模型，对析出 (3)采用物理化学相分析技术，得到不含钼钢和 强化有 含钼钢中MC相的质量分数分别为0.049%和 o,572mn(片） 1Oub (9) 0.043%.由于钼降低了奥氏体中C和N的活度，提高 T的碳氮化物的溶度积，抑制Ti在奥氏体的析出，因 式中：r为粒子半径，umμ为剪切系数，对于钢材其值 而含钼钢的析出总量更少.另外，由于钼会促进高位 为80260MPa;b为柏氏矢量，取值2.48×10-4um:f为 错密度的针状铁素体的形成，为粒子析出提供了更多 沉淀粒子的体积分数，可根据下式求出： 的形核点，同时钼降低T的析出温度，利于细小尺寸 f=人pe (10) 的TiC的析出，因而含钼钢的析出粒子在5~36m区 P新出 间分布更多. 式中∫为析出粒子的质量分数，可以从物理化学相分 (4)根据Gladman理论，综合考虑析出粒子尺寸 析中测得.对于钛微合金化高强钢，由于钢中的第二 和含量，计算了不含钼钢和含钼钢中析出强化的贡献 相析出粒子主要是以细小的TC为主，因此析出粒子 值分别为126MPa和128MPa,因而高强钢中添加钼元 的密度可直接认为是TiC的密度，即为4.94gcm3 素主要起到细化晶粒的作用 根据表3和表4数据计算出1“和2“高强钢不同尺寸区 间析出粒子的强化值，如表5所示，尺寸在1~10nm 参考文献 的析出粒子对强度的贡献占到了总析出强化作用的 [Kang Y L,Fu J,Liu D L,et al.Control of Microstructure and 50%以上.经计算，1“和2钢析出强化作用对屈服强 Properties of Steel under Thin Slab Continuous Casting and Roll- ing.Beijing:Metallurgical Industry Press,2006 表5不同尺寸区间粒子的析出强化效果 (康永林，傅杰，柳得櫓，等。薄板坯连铸连轧钢的组织性能 Table 5 Strengthening effect of precipitates in different sizes 控制.北京：治金工业出版社，2006) 尺寸区间/nm 1*钢MPa 2*钢/MPa 2] Chen Y G.Thin slab casting and rolling technology continues to 1~5 52 吃 improve.China Metallurgical Neus,2013--28(6) 5~10 13 18 (陈友根.薄板坯连铸连轧技术不断提升完善.中国治金报， 10~18 白 16 201302-28(6)) B] 18-36 g He X D,Han X L,Yang H B,et al.Microstructure and proper- 13 ties of Nb-Ti microalloyed X60 pipeline steel produced by CSP.J 36~60 12 10 Mater Eng,2008(5):20 60~96 8 小 (何小东，韩新利，杨红兵，等.铌一钛复合微合金CSP流程 96-140 4 4 生产X60管线钢的组织及性能.材料工程，2008(5)：20) 140~200 6 5 [4]Chen L,Zhang C,Zhu S,et al.Rolling process and microstruc- 200-300 5 4 ture and properties of thin gauge ultra-high strength strip manufac- tured by CSP line.Iron Steel,2014,49(1)57 总强化值 126 128 (陈良，张超，朱帅，等.CSP线生产薄规格超高强带钢的轧工程科学学报，第 37 卷，第 1 期 3. 3 析出强化效果的定量分析 钢中第二相粒子的析出强化作用主要取决于粒子 的尺寸、分布及体积分数． 其强化效果与质点的平均 直径成反比，与其体积分数的平方根成正比． 此外，析 出相的部位和形状对强度都有影响，其一般规律是: 沉 淀颗粒分布在整个基体上比晶界沉淀的效果好; 颗粒 形状球状和片状相比，球状有利于强化． 在奥氏体中 析出的 TiN 和 Ti4C2 S2虽然对控制晶粒长大有效，但因 为粒子尺寸较大，并且相距较远，析出强化效果较弱; 起到析出强化效果的粒子主要为低温时在铁素体中形 成的 TiC． 沉淀强化机制是位错和颗粒之间的相互作用，可 以由两种机制来描述: ( 1) 对提高强度作用较小的剪 切过程; ( 2) 对提高强度有积极作用的绕过过程． 为了定量分析强化效果，通常假设析出的第二相 粒子是以不可变形粒子的绕过机制起作用，根据 Glad￾man［19］的理论，采用 Ashby--Orowan 修正模型，对析出 强化有 σp = 10μb 5. 72π3 /2 r f 1 /2 ( ln r ) b ． ( 9) 式中: r 为粒子半径，μm; μ 为剪切系数，对于钢材其值 为 80260 MPa; b 为柏氏矢量，取值 2. 48 × 10 － 4 μm; f 为 沉淀粒子的体积分数，可根据下式求出: f = fm × ρFe ρ析出 ． ( 10) 式中: fm为析出粒子的质量分数，可以从物理化学相分 析中测得． 对于钛微合金化高强钢，由于钢中的第二 相析出粒子主要是以细小的 TiC 为主，因此析出粒子 的密度可直接认为是 TiC 的密度，即为 4. 94 g·cm － 3 ． 根据表 3 和表 4 数据计算出 1# 和 2# 高强钢不同尺寸区 间析出粒子的强化值，如表 5 所示，尺寸在 1 ～ 10 nm 的析出粒子对强度的贡献占到了总析出强化作用的 50% 以上． 经 计算，1# 和2# 钢析出强化作用对屈服强 表 5 不同尺寸区间粒子的析出强化效果 Table 5 Strengthening effect of precipitates in different sizes 尺寸区间/ nm 1# 钢/MPa 2# 钢/MPa 1 ～ 5 52 50 5 ～ 10 13 18 10 ～ 18 12 16 18 ～ 36 14 13 36 ～ 60 12 10 60 ～ 96 8 8 96 ～ 140 4 4 140 ～ 200 6 5 200 ～ 300 5 4 总强化值 126 128 度的贡献值分别为 126 MPa 和 128 MPa，因而 2# 钢中添 加 Mo 元素虽然对 Ti 的析出行为有所影响，但对总的 析出强化效果影响不大，2# 钢中加入 Mo 主要通过细化 组织，起到细晶强化的作用． 4 结论 ( 1) CSP 流程生产的钛微合金化高强钢中析出粒 子主要为球形的纳米级 TiC，其中 10 nm 以下粒子质量 占总析出粒子质量的 7% ～ 9% ; 同时，钢中存在少量 的长条状及不规则形状的 Ti4C2 S2 ． ( 2) 热力学计算表明，在均热阶段，TiN 粒子完成 析出过程，主要起到抑制奥氏体晶粒长大作用． 随着 轧制变形的进行，TiC 粒子逐渐析出，由于 CSP 工艺轧 制速度快，道次间隔短，TiC 粒子没有足够的时间析 出，主要在卷取及随后的空冷过程析出，起析出强化的 作用． ( 3) 采用物理化学相分析技术，得到不含钼钢和 含钼 钢 中 MC 相 的 质 量 分 数 分 别 为 0. 049% 和 0. 043% ． 由于钼降低了奥氏体中 C 和 N 的活度，提高 Ti 的碳氮化物的溶度积，抑制 Ti 在奥氏体的析出，因 而含钼钢的析出总量更少． 另外，由于钼会促进高位 错密度的针状铁素体的形成，为粒子析出提供了更多 的形核点，同时钼降低 Ti 的析出温度，利于细小尺寸 的 TiC 的析出，因而含钼钢的析出粒子在 5 ～ 36 nm 区 间分布更多． ( 4) 根据 Gladman 理论，综合考虑析出粒子尺寸 和含量，计算了不含钼钢和含钼钢中析出强化的贡献 值分别为 126 MPa 和 128 MPa，因而高强钢中添加钼元 素主要起到细化晶粒的作用． 参 考 文 献 ［1］ Kang Y L，Fu J，Liu D L，et al． Control of Microstructure and Properties of Steel under Thin Slab Continuous Casting and Ｒoll￾ing． Beijing: Metallurgical Industry Press，2006 ( 康永林，傅杰，柳得橹，等． 薄板坯连铸连轧钢的组织性能 控制． 北京: 冶金工业出版社，2006) ［2］ Chen Y G． Thin slab casting and rolling technology continues to improve． China Metallurgical News，2013--02--28( 6) ( 陈友根． 薄板坯连铸连轧技术不断提升完善． 中国冶金报， 2013--02--28( 6) ) ［3］ He X D，Han X L，Yang H B，et al． Microstructure and proper￾ties of Nb--Ti microalloyed X60 pipeline steel produced by CSP． J Mater Eng，2008( 5) : 20 ( 何小东，韩新利，杨红兵，等． 铌--钛复合微合金 CSP 流程 生产 X60 管线钢的组织及性能． 材料工程，2008( 5) : 20) ［4］ Chen L，Zhang C，Zhu S，et al． Ｒolling process and microstruc￾ture and properties of thin gauge ultra-high strength strip manufac￾tured by CSP line． Iron Steel，2014，49( 1) : 57 ( 陈良，张超，朱帅，等． CSP 线生产薄规格超高强带钢的轧 · 84 ·