2 形變誘導析出和中溫相變控制
在微合金鋼中，低碳(或超低碳)貝氏體(LCB)和針狀鐵素體(A．F)是兩類極有前景的鋼類。它在強度(σs≥400MPa)提高同時保持了高韌性(有些A．F鋼AK≥300J并達400J水平)，我們的工作表明在氫致應力腐蝕條件下(西部開發(fā)用管線鋼)它比超細鐵素體(UFF)鋼有更高的耐應力腐蝕能力。
這類鋼的超細化不是鐵素體晶粒細化(它不是α+P組織了)，而是充分運用變形誘導析出(Deformation Induced Precipitation，DIP)和中溫相變控制。在LCB和A．F鋼類中微合金的碳、氮化物M(C．N)與基體相變和強化機制關系密切，它們部分在凝固析出(特別是與Ti有關的碳氮化物)，更多的(特別是Nb，V有關的碳氮化物)是在軋制中析出?？紤]軋制后的基體再結晶和M(C．N)析出兩個過程的競爭性，這在圖5中顯示了二者的競爭性(用軋制--析出(脫溶)--溫度--時間圖分析，RPTT)?？梢钥闯?，M(C．N)的析出推遲了γ再結晶的發(fā)生，實質上是析出的發(fā)生產生了未再結晶區(qū)軋制[5]。因此微合金鋼的TMCP實質是未再結晶區(qū)軋制--析出--軋后冷卻控制的系統(tǒng)工程。
由于現代軋機的高速化，板帶(特別是薄板)的精軋階段高速化，使得M(C．N)的變形析出過程沒有完成，γ再結晶又沒有發(fā)生，使相變的基體(LCB或A．F)保留有高密度位錯，這也是針狀鐵素體和低碳貝氏體的組織特征之一。
如何在軋制階段使析出和位錯組態(tài)變化兩者朝提高材料性能方向控制?“973”的工作發(fā)展了位錯馳豫(Relaxation)--析出(Precipitation)--控制(Controlling)技術，即RPC技術。它是將熱軋后具有高密度位錯的組織狀態(tài)，經過軋后在高溫階段適當時間保持，讓高密度位錯在無外力條件下適當馳豫，弛豫的位錯通過運動及相互作用產生位錯胞狀結構，通過胞壁的完整化，胞間取向差的加大及胞的尺寸變化使胞狀結構發(fā)展，形成了超細化組織。同時高溫保持也讓析出M(C．N)過程充分發(fā)展，釘扎和穩(wěn)定化了胞狀結構并產生的超細組織，最終表現為板條數長度和板條數寬度都細化和短化。圖6是試驗鋼(0.06％C—0.05％Nb—0.02％Ti)的工藝示意圖及組織細化結果。圖7是顯微組織(金相)和電鏡(TEM)觀察的結果，它們最終使得材料強度達到σs≈800MPa級水平［6］。
3 薄板坯連鑄連軋工藝中的超細化現象
近幾年來，薄板坯連鑄連軋(Thin-slab Casting and Rolling，TSCR)工藝在我國正蓬勃地發(fā)展。據報導[7]我國已建成7條近1000萬t／a能力的TSCR工藝路線。當前應加快發(fā)展適應這一新流程的產品開發(fā)。
從材料學觀點看來，薄板坯連鑄連軋流程與傳統(tǒng)板帶流程有兩個明顯不同的特點。第一，它的凝固鑄坯薄。即它的凝固冷卻速度比傳統(tǒng)板坯快1—2個數量級，見圖8。
由于快速凝固，二次枝晶臂間距明顯縮短，最小臂間距可達亞微米級，因而在凝固過程中枝晶間析出的析出相(Al2O3，MnS，FexOy等)尺寸明顯細化，即液相在冷卻時由于過飽和和析出的
氧化物和硫化物呈現納米級大小的數量明顯增加，從珠江CSP取樣分析充分證明這一點。
第二個特點是它的直接軋制性。TSCR是連鑄坯在結晶器出口形成，通過二冷段、扇形段等必要冷卻和輸送等過程后，以大約1100℃狀態(tài)(表面溫度略低，心部高于1100℃)進入均熱爐保溫后軋制。它沒有傳統(tǒng)板坯生產工藝，即軋后冷卻，發(fā)生γ－α+P相變，冷至約600℃后熱送至加熱爐，再逆相變(γ－α+P) － γ后軋制。因此TSCR是一高溫直接軋制過程。
如果鋼中硫、氧等含量較低(潔凈度較高)，[Mn][S]溶度積較低，就有可能出現MnS的形成，主要在固態(tài)(理論上若偏析不存在，液態(tài)不形成MnS)。圖10是Mn、S形成(析出)MnS與形成溫度的關系曲線，圖10中★為珠江鋼鐵公司主要產品(Q195)2002年1月63爐統(tǒng)計平均成分(％)：C 0.056，P 0.014，S 0.0052，Mn 0.37。證明多數應在均熱段或軋機頭兩個機架析出。它不會像傳統(tǒng)板坯那樣，鑄坯冷卻時就已經析出，即在軋制狀態(tài)前多數早已存在，在TSCR工藝中軋制前多數在均熱段尚未析出。
這種直接軋制和(MnS)的較低溫度固態(tài)析出，造成(MnS)形成納米級“夾雜物”。與此類似，[A1]、[N]形成(A1N)的溫度范圍也和直接軋制的后幾個道次吻合，它們都形成了納米相。另外，電爐鋼廠(例如珠江)由于廢鋼含銅較多(～0．2％Cu)也發(fā)現納米級的富銅相。至于軋制過程是否誘導或加速(MnS)，(A1N)和富銅相的析出，這一工作至今尚無最終結論。所有這些現象使奧氏體再結晶細化產生可能，即軋鋼過程中在機架間奧氏體反復再結晶時(動態(tài)再結晶和靜態(tài)再結晶)，這些納米相的存在阻礙了奧氏體晶粒的長大，也使最終產品鐵素體晶粒尺寸明顯減少，達到3～5／μm，見圖11和表l。最后，使產品在保證伸長率基本不變條件下，材料強度翻番。有分析認為強度提高既含有納米相阻礙晶粒長大作用，又有納米相產生析出強度的作用。第一種作用已被實驗事實證明，表1就是示例。第二種作用還沒有嚴格的證明，因為析出強化應是強度提高塑性下降，可是塑性指標至今未發(fā)現明顯下降，這一觀點尚待更多工作加以證實。
——《中國金相分析網》
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