发布时间 : 星期二 文章控轧控冷对普碳钢组织性能影响的探究 - 图文更新完毕开始阅读
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控轧控冷对普碳钢组织性能影响的研究
摘要 ：介绍了控轧控冷的基本思想和工艺原理， 并对比了不同控轧控冷条件下所 得到材料的力学性能和晶粒尺寸， 验证了控轧控冷技术的一些基本原理， 也说明 了控轧控冷技术会成为生产高性能钢材的必然趋势。 关键词 ：控轧控冷；普碳钢；力学性能；晶粒尺寸
1. 前言
控制轧制和控制冷却技术， 即TMCP，被称为 20 世纪钢铁行业最伟大的发明。 也正是由于 TMCP的快速发展，才出现了各种各样高质量优良的钢材，支撑社会 的发展和进步 。
所谓控制轧制， 就是控制热轧条件 , 在奥氏体( γ) 的基体上形成高密度的铁 素体( α) 晶核，从而在相变后，达到细化钢材的组织结构。换言之，即为对奥 氏体硬化状态的控制，通过变形在奥氏体中积累大量的能量
, 在轧制过程中获得
[1]
处于硬化状态的奥氏体 , 为后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。
为了突破控制轧制的限制 , 同时也是为了进一步强化钢材的性能 , 在控制轧 制的基础上 , 又形成了控制冷却技术。 控制冷却的核心思想 , 是通过控制钢材的冷 却速度，同样达到控制硬化奥氏体相变过程的目的
, 以进一步细化铁素体晶粒 ,
以及通过相变强化得到贝氏体等强化相 , 进一步改善材料的性能。实现控制冷却
[2]
的主要媒介是冷却水 。
2. 实验材料及实验方法
本实验采用普碳钢做实验材料， 分为 4 组。坯料的原始厚度是 28mm。钢坯加 热温度为 1150℃，出炉后采用 450热轧实验轧机经过 5 道次轧制获得 2mm左右 的钢板，其间运用红外线测温仪测量钢材温度从而达到控制轧制的目的， 压下规程（考虑轧机弹跳）和轧制温度见表
1 和表 2.
表 1. 热轧变形制度（考虑轧机弹跳）
具体的
道次
1
15
2
8
3
4
4
1.5
5
0.8
轧后厚度 /mm
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控制冷却方案Ⅰ为轧后空冷，主要应用于 1 号钢和 2 号钢，冷却方案Ⅱ为轧 后水冷，应用于 3 号和 4 号钢。
表 2. 热轧温度及冷却方式表
编号
轧制温度 / ℃ 开冷温度 / ℃ 冷却方式
1
2 3 4
5
1120 1060 1000 950 900 预定 1
1120
1059 1026 996
896
863
空冷
实际
1120 1060 1000 950 800 预定 2 实际
1122 1076 1007 858
864
805 空冷 1120
1060 1000 950 900 预定 3
1104 1023 1021 1006 903 776
水冷
实际 1120 1060 1000 950 800 预定 4
1080
1055
1020
952 875
745 水冷
实际
3．实验结果与讨论 3. 试验结果
在实验钢上按照国家标准取宽为 12.5mm的轧向拉伸试样，之后在拉伸试验 机进行拉伸试验， 试验结果如图 1. 沿钢板轧向取 V冲击试样进行常温冲击实验 , 试验结果如图 2 所示。
线切割获得 10× 10 的试样，经砂纸打磨和抛光之后用 4%的硝酸酒精溶液浸 蚀得到金相试样。 采用金相显微镜观测分析金相组织， 部分实验钢金相显微组织 如图 3 和图 4 所示。
700 600 500 400
屈服强度抗拉强度 300 延伸率 200 100 0
1
2
3
4
图 1. 拉伸试验结果
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120 100 n c/ J / 性 韧 击 冲
2
80
60 40 20 0
1
2
3
4
冲击韧性
图 2. 不同试验材料室温冲击韧性的分布
(a) (b)
(c) (d)
图 3. 不同工艺下沿轧向的显微组织（放大 500倍）
（a）-1 号试验钢 ; （b）-2 号试验钢 ; （c）-3 号试验钢 ; （d）-4 号试验钢
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(a) (b)
(c)
图 4. 不同工艺下沿垂直于轧向的显微组织（放大
(d) 500倍）
（a）-1 号试验钢 ; （b）-2 号试验钢 ; （c）-3 号试验钢 ; （d）-4 号试验钢
4. 冷却方式对组织和性能的影响
对比 1 号钢和 3 号钢，2 号钢和和 4 号钢的实验结果可以看出，在轧制制度 相同的情况下，水冷的钢板不论屈服强度或是抗拉强度均明显高于空冷的钢板， 相反延伸率和冲击韧性均要低于空冷。 通过图 3 和图 4 也可以得到 3 号钢组织比 1 号细小， 4 号钢组织比 2 号钢细小。这主要由于 3 号和 4 号钢轧后采用了冷却 速度较大的水冷， 保留下来更多的硬化奥氏体， 在之后相变的过程中提高了铁素 体的形核率，从而细化了晶粒， 提高了力学性能。 然而 1 号和 2 号钢板轧后空冷， 冷却速度较慢，导致板材发生了再结晶，从而软化了钢板，削弱了其力学性能。
对于 3 号和 4号钢，虽然其屈服强度和抗拉强度相对较高，但造成其屈强比 较大，从而导致了冲击韧性的降低。
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5. 不同的轧制温度对组织和性能的影响
不同的轧制温度也导致了钢材的组织和性能的不同。对比
1 号钢和 2 号钢，
2 号钢屈服强度和抗拉强度均高出 1 号钢 60MPa左右，延伸率几乎是 1 号钢的 2 倍，冲击韧性相差不大， 对比其显微组织也能到 2 号钢的晶粒细小且均匀。 造成 这种规律的原因在于热轧最后一道次 2 号钢的开轧温度较低。 在靠近相变点尽量 低的温度下轧制， 同样起到了保留较多的高能量奥氏体的作用， 从而提高铁素体 的形核率，达到细化晶粒， 提高力学性能的目的。 传统的控轧控冷通常采用的 “低 温大压下” 的原因也正在于此。 此外，传统控轧控冷技术通常还采用添加微合金 元素的手段，其原理在于提高了奥氏体再结晶温度，达到同样的效果
[1]
。
4．结论及分析
（1） （2） （3）
热轧过程中，采用不同的控轧控冷制度可以不同程度上的提高板材 的力学性能；
在轧后的冷却方式相同的条件下， 开轧温度越低越有利于获得质量 优良的板材，屈服强度和抗拉强度可以提高
60MPa左右；
针对相同的轧制制度， 不同的轧后冷却方式也会影响板材性能。 采 用冷却速度较快的冷却方式可以更多的保留硬化奥氏体， 从而达到 细化晶粒的目的。
5. 参考文献
[1] 王国栋. 新一代控制轧制和控制冷却技术与创新的热轧过程 报（自然科学版），2009，30（7）
[2] 於亮， 刘军会，宋惠改. 控轧控冷技术的发展与应用 [J].河北冶金，2006（1）
[J].东北大学学
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