转炉—CSP工艺V-N微合金钢的组织和性能研究
自上世纪九十年代以来，电炉薄板坯连铸连轧工艺在世界各地得到快速发展，各国学者在电炉薄板坯连铸连轧工艺及其对产品的组织、性能的影响方面开展了广泛而深入的研究。本世纪初，随着转炉一薄板坯连铸连轧流程在中国的快速发展，尤其是转炉-CSP-冷轧新流程在中国的出现，转炉-CSP成分工艺特点及冷轧产品对热轧卷性能要求等新问题需要研究。例如，转炉与电炉在残余元素、气体含量上的不同对CSP产品的组织性能产生了影响；冷轧基料希望CSP热轧板强度低些，而CSP热轧板却存在细晶高强的特点。这些问题的研究对转炉-CSP流程的热轧和冷轧产品开发和组织性能控制具有重要意义，而在这些方面目前国内外尚未开展系统研究。
本论文首先对转炉-CSP工艺、电炉-CSP工艺、常规热轧工艺生产的普通低碳钢SPHC(以下简称SPHC钢)的性能进行了对比，研究了转炉-CSP工艺SPHC的强化机理，并对SPHC钢中的位错、第二相粒子的强化机理进行了分析；在此基础上对V-N微合金化高强度钢Q345D的组织性能和强化机理进行了研究；最后利用轧卡试验和形变再结晶的集成模型对低碳钢奥氏体细化、均匀化和组织演变规律进行了研究，并运用热模拟实验(应力松弛法)研究了V-N在低碳微合金钢奥氏体中的溶解析出行为。主要研究结论如下：
转炉-CSP工艺SPHC钢的强化机制主要是细晶强化，细晶强化量为152.4MPa，占总强度的49.8％；其次是位错强化与沉淀强化，两者之和为40MPa，占总强度的13.1％。SPHC钢中存在三种尺寸级别的第二相粒子，即纳米级、亚微米级和微米级粒子，纳米级粒子的沉淀强化和位错强化是CSP生产的SPHC钢强度比常规流程生产的SPHC钢强度高的主要原因。
实验工厂试验的V-N微合金钢的铁素体晶粒尺寸为4.49μm，实现了晶粒细化；马钢转炉-CSP生产线在试验钢成分基础上适当降低V、N含量，开发出了Q345D钢，其铁素体晶粒的平均尺寸为4.78μm，实现了晶粒细化；Q345D钢的屈服强度为420～480 MPa，抗拉强度为480～560 MPa，延伸率为25～31％。CSP工艺Q345D钢的强化机理主要是细晶强化和位错强化+沉淀强化，其中细晶强化达213MPa，位错强化+沉淀强化达97 MPa，Q345D钢中V(C,N)的析出强化为57 MPa。
SPHC钢轧卡试验和形变再结晶的集成模型研究表明：F1后铸态树枝晶组织特征消失，F4后组织基本均匀化，晶粒细化主要发生在F1～F4。F1～F4发生部分动态再结晶(原始晶粒直径越小，动态再结晶分数越大)； F4之前，道次间发生完全亚动态再结晶；F4之后，道次间发生完全静态再结晶：CSP轧制道次间无应变积累；F1～F4轧制亚动态再结晶是组织细化和均匀化的主要机制。
低碳钒氮微合金钢中V(C,N)在奥氏体中的析出等温PTT曲线是典型的“C”形状，鼻点温度约为870℃；随着氮含量的增加，V(C,N)在奥氏体中的析出驱动力急剧增大，PTT曲线向左移动；增加形变量，加速V(C,N)在奥氏体中的析出，使动态PTT曲线向左移动；同氮含量相比，形变的影响较小，对于低碳V、N微合金钢，CSP热轧过程中轧制变形时间短，远小于V(C,N)析出的“鼻点孕育期”，V(C,N)难以动态析出。
V-N微合金钢;组织性能;强化机理;转炉—CSP工艺;CSP热轧
钢铁研究总院
博士
材料学
翁宇庆;董瀚
2007
中文
TF125.12
96
2008-04-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）