熱機(jī)械控制TMCP有多種形式，但在工業(yè)上最成功使用的是控制軋制控制冷卻，所謂TMCP往往是指控制軋制＋控制冷卻。在低碳鋼的情況下，通過(guò)正火可以得到約10μm的鐵素體晶粒，但是，采用控制軋制＋控制冷卻工藝，在熱軋狀態(tài)下就能獲得約5μm的微細(xì)鐵素體組織。
從金屬學(xué)的觀點(diǎn)看，現(xiàn)在的TMCP工藝主要由再結(jié)晶奧氏體區(qū)軋制、未再結(jié)晶奧氏體區(qū)軋制、(α＋γ)兩相區(qū)軋制和加速冷卻四個(gè)階段組成，如圖1所示。但是，(α＋γ)兩相區(qū)軋制現(xiàn)在很少采用。
圖1 低碳鋼TMCP的四個(gè)階段和各階段的組織
為改善鋼的性能，必須優(yōu)化TMCP工藝，了解與熱軋工藝相關(guān)的組織演變過(guò)程是非常重要的。根據(jù)鋼類(lèi)的不同，采用的TMCP工藝也有差異，如圖1和圖2所示。對(duì)釩微合金化鋼來(lái)說(shuō)，宜采用圖2中的②較低的再加熱溫度，獲得較小的原始奧氏體組織＋圖1中的①再結(jié)晶控制軋制，通過(guò)奧氏體的反復(fù)再結(jié)晶，獲得細(xì)小的再結(jié)晶奧氏體晶粒＋圖2中的③奧氏體和鐵素體中的析出物(VN)，增加鐵素體的形核密度＋圖1中的④加速冷卻，增大相變時(shí)鐵素體的形核驅(qū)動(dòng)力等的組合工藝，細(xì)化最終組織；對(duì)鈮微合金鋼來(lái)說(shuō)，宜采用圖1中的①奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，盡可能破碎粗大的原始奧氏體晶粒＋圖1中的②奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，通過(guò)大變形拉長(zhǎng)奧氏體晶粒，增加形變儲(chǔ)能和位錯(cuò)密度，使處于形變硬化狀態(tài)的奧氏體發(fā)生γ→α相變，獲得細(xì)小鐵素體晶粒＋圖1中的④加速冷卻，增大過(guò)冷度，增加相變時(shí)的形核驅(qū)動(dòng)力，細(xì)化最終組織，在這個(gè)工藝過(guò)程中，圖1中的②奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，使奧氏體產(chǎn)生形變硬化對(duì)鐵素體晶粒的細(xì)化是最有效的。
圖2 再結(jié)晶控制軋制細(xì)化鐵素體晶粒方法的示意圖
瑞典金屬研究所Roberys和Siwecki等人，采用計(jì)算機(jī)模型MICDEL計(jì)算了熱軋過(guò)程中微觀組織的演變，對(duì)優(yōu)化軋制工藝(變形量、溫度、停留時(shí)間)是有幫助的。圖3給出了采用相同的軋制工藝，V、Nb、N含量不同的0.01%Ti-V-N鋼和0.01%Ti-V-Nb鋼在實(shí)際熱軋過(guò)程中微觀組織演變的情況。圖中數(shù)據(jù)是從1100℃開(kāi)始經(jīng)11道次軋制的25mm鋼板的情況。0.01%Ti-V-N鋼再加熱后原始奧氏體晶粒尺寸為20μm，而0.01%Ti-V-Nb鋼約為55μm。0.04%V-0.01%N-0.01%Ti低合金鋼，由于出現(xiàn)晶粒異常粗化，原始奧氏體晶粒尺寸達(dá)到500μm。由圖3可以看出，高釩和高氮鋼顯示出有效的晶粒細(xì)化效果。
圖3 Ti-V-(Nb)-N鋼模擬工業(yè)化熱軋過(guò)程中奧氏體微觀組織的演變
微觀組織演變模型也可用于計(jì)算0.08%V-0.018%N帶鋼或相似的HSLA熱軋帶鋼奧氏體顯微組織的演變，這兩種鋼在NUCOR鋼廠的小型軋機(jī)上曾進(jìn)行過(guò)再結(jié)晶控制軋制，結(jié)果表明，只要軋制道次超過(guò)3~4次，薄板坯連鑄或板坯再加熱后的原始奧氏體晶粒尺寸，對(duì)再結(jié)晶軋制后最終奧氏體晶粒尺寸沒(méi)有影響。經(jīng)過(guò)大壓下后，通過(guò)新晶粒大量形核發(fā)生再結(jié)晶，使組織細(xì)化。
形變量對(duì)組織細(xì)化有顯著影響。隨著形變量的降低，再結(jié)晶的形核率降低，組織細(xì)化作用減小。高溫小壓下導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒異常長(zhǎng)大，特別是熱軋道次的終軋壓下量影響最顯著。為了控制板形和板厚，終軋階段通常采用小壓下量的平整軋制，這將有可能導(dǎo)致再結(jié)晶控軋工藝細(xì)化奧氏體組織的作用降低。圖4給出了ε-T-t對(duì)奧氏體晶粒影響的三維立體圖，指出了防止出現(xiàn)粗晶組織的終軋工藝安全加工區(qū)的曲面，這里所說(shuō)的粗晶是指奧氏體的晶粒尺寸為30μm。由圖可以看出，在任意溫度及保溫時(shí)間下，當(dāng)軋制應(yīng)變量高于3%時(shí)就不會(huì)發(fā)生晶粒粗化現(xiàn)象。軋后立即進(jìn)行加速冷卻，可減小組織粗化的危險(xiǎn)性。
圖4 Ti-V-N鋼避開(kāi)終軋平整道次后出現(xiàn)粗晶奧氏體的工藝窗口
（ε-T-t三維坐標(biāo)中的曲面是由再結(jié)晶或晶粒長(zhǎng)大造成的粗晶區(qū)與原始細(xì)晶組織的分界面）
原創(chuàng): 釩技術(shù)中心
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