C-Mn超细晶钢控轧控冷工艺的研究
|
摘要
本文结合国家重点基础研究发展计划项目(973计划)“新一代钢铁材料的重大基础研究”和国家高技术发展计划项目(863计划)—“500MPa碳素钢先进工业化制造技术”，以普通C-Mn钢为对象，通过热模拟实验、实验室热轧实验，对C-Mn超细晶钢控轧控冷工艺进行了研究。主要工作包括：
1．在Gleeble 2000热模拟试验机上进行了SS400钢未变形及变形量为55％的热模拟试验，分别绘制了860℃未变形以及变形条件下的连续冷却转变曲线(CCT曲线)，对不同条件下的金相显微组织进行了分析。通过研究发现奥氏体变形促进了铁素体相变，在细化铁素体晶粒的同时，也增加了铁素体的百分含量。变形提高了形成贝氏体的冷却速度，抑制了贝氏体的形成。
2．利用Gleehle 1500热模拟试验机，以鞍山ANS400钢为对象，通过双道次压缩变形研究了冷却速度和变形温度对实验钢组织性能的影响。通过单道次压缩变形研究了变形量对钢材组织性能的影响。同时对不同温度双道次压缩变形后的淬火组织进行了观察。
3．以鞍钢ANS400和ANS500钢为对象，通过实验室轧制实验研究了加热温度、开轧温度、轧后冷却速度及卷取温度对钢材组织性能的影响。并对试样的精细组织进行了观察。为工业生产提供了理论依据。
4．在实验室研究基础之上，以鞍钢ANS400和ANS500钢为对象，在鞍钢进行工业实验，达到预期目标。在鞍钢现有生产设备条件下，能够实现400MPa级和500MPa级超级钢生产。
The works of this paper were carried out integrating with the 973 project of The Major Basic Research For New Generation Steel Materials and the 863 project of The Advanced Industrial Manufacture Technology Of 500MPa Carbon Steel. Hot
simulation experiments and hot rolling experiments of C-Mn steel were carried out in laboratory, controlled rolling and controlled cooling of the C-Mn super-fine grain steel were investigated. The main works involved as follows:
1. The experiments ofSS400 steel were made at the Gleeble 2000 thermo-mechanical simulator in austenite without deformation and 55% compressive deformation with the different deformation pass. The continuous cooling transformation (CCT) curves were constructed in austenite without deformation and 55% compressive deformation at 860
℃ .Microstructures in different condition were analy/.ed. Found austenite deformation accelerated ferrite transformation, refined ferrite grain size while increased the fraction of ferrite. Deformation increases the cooling rate of formed bainite and restrained the form of bainite.
2. The double-hit compress experiments of ANS400 steel were made at the Gleeble 1500 thermo-mechanical simulator, the influence of cooling rate and deformation temperature on property of tested steel. Single pass compress deformation studied the influence of deformation amount on property of tested steel. The quenching microstructures at different temperature in double-hit compress experiments were observed.
3. Hot rolling experiments of ANS400 steel and ANS500 steel were carried out in laboratory, the influence of heated temperature, rolling temperature, cooling rate and coiling temperature on the property of tested steel. TEM microstructures were observed. Theory basis were given to industrial production.
Abstract
4. On the basis of laboratory studies, industry trials of ANS400 steel and ANS500 steel were carried out in Ansteel and the expected goals were reached. Realized to produce 400MPa and 500MPa super steel in condition of present equipment in Ansteel.
1．在Gleeble 2000热模拟试验机上进行了SS400钢未变形及变形量为55％的热模拟试验，分别绘制了860℃未变形以及变形条件下的连续冷却转变曲线(CCT曲线)，对不同条件下的金相显微组织进行了分析。通过研究发现奥氏体变形促进了铁素体相变，在细化铁素体晶粒的同时，也增加了铁素体的百分含量。变形提高了形成贝氏体的冷却速度，抑制了贝氏体的形成。
2．利用Gleehle 1500热模拟试验机，以鞍山ANS400钢为对象，通过双道次压缩变形研究了冷却速度和变形温度对实验钢组织性能的影响。通过单道次压缩变形研究了变形量对钢材组织性能的影响。同时对不同温度双道次压缩变形后的淬火组织进行了观察。
3．以鞍钢ANS400和ANS500钢为对象，通过实验室轧制实验研究了加热温度、开轧温度、轧后冷却速度及卷取温度对钢材组织性能的影响。并对试样的精细组织进行了观察。为工业生产提供了理论依据。
4．在实验室研究基础之上，以鞍钢ANS400和ANS500钢为对象，在鞍钢进行工业实验，达到预期目标。在鞍钢现有生产设备条件下，能够实现400MPa级和500MPa级超级钢生产。
The works of this paper were carried out integrating with the 973 project of The Major Basic Research For New Generation Steel Materials and the 863 project of The Advanced Industrial Manufacture Technology Of 500MPa Carbon Steel. Hot
simulation experiments and hot rolling experiments of C-Mn steel were carried out in laboratory, controlled rolling and controlled cooling of the C-Mn super-fine grain steel were investigated. The main works involved as follows:
1. The experiments ofSS400 steel were made at the Gleeble 2000 thermo-mechanical simulator in austenite without deformation and 55% compressive deformation with the different deformation pass. The continuous cooling transformation (CCT) curves were constructed in austenite without deformation and 55% compressive deformation at 860
℃ .Microstructures in different condition were analy/.ed. Found austenite deformation accelerated ferrite transformation, refined ferrite grain size while increased the fraction of ferrite. Deformation increases the cooling rate of formed bainite and restrained the form of bainite.
2. The double-hit compress experiments of ANS400 steel were made at the Gleeble 1500 thermo-mechanical simulator, the influence of cooling rate and deformation temperature on property of tested steel. Single pass compress deformation studied the influence of deformation amount on property of tested steel. The quenching microstructures at different temperature in double-hit compress experiments were observed.
3. Hot rolling experiments of ANS400 steel and ANS500 steel were carried out in laboratory, the influence of heated temperature, rolling temperature, cooling rate and coiling temperature on the property of tested steel. TEM microstructures were observed. Theory basis were given to industrial production.
Abstract
4. On the basis of laboratory studies, industry trials of ANS400 steel and ANS500 steel were carried out in Ansteel and the expected goals were reached. Realized to produce 400MPa and 500MPa super steel in condition of present equipment in Ansteel.
引文
1．张寿荣．可持续发展战略与我国钢铁工业的结构调整(一)[J]．钢铁研究，2002，2(suml25)：1～5．
2．翁宇庆．中国钢铁材料发展现状及迈入新世纪的对策[J]．钢铁，2001，36(10)：1～5．
3. Kotobu Nagai. State-of-the-art of 800MPa Steel Project in Japan, NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 8-15.
4. Wung-Yong Choo. Present Developing Status of High Performance Steel in Korea (HIPERS-21 Project), NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 16-26.
5. Wung-Yong Choo. 4th Year Progress of HIPERS-21 Project, Proceeding of the Workshop on HIPERS-21, Pohang, Korea: POSCO, 2002, 1-15.
6. Kotobu Nagai. Grain Refinement through Heavy Deformation, Proceeding of the Workshop on HIPERS-21, Pohang, Korea: POSCO, 2002, 17-25.
7. Yuqing Weng. Development of Ultrafine Grained Steel in China, NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 1-15.
8. Guodong Wang, Xianghua Liu and Hua Ding et al. Development and Application of 400 MPa Super Steel, NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 55-61.
9. Perch N J.J.Iron Steel Int.,1953.
10. Perch N.J.,Philos Mag., 1958,3
11．雍歧龙，马鸣图，吴宝榕．微合金钢--物理和力学冶金[M]．机械工业出版社，1989年
12．靳兰芬，梁甜．16Mn钢轧后控制冷却的贝氏体组织与性能[J]．材料科学与工艺，1995，3(4)：52～56．
13．燕来生，赵金兰．碳钢贝氏体等温淬火对组织和性能的影响[J]．内蒙古工业大学学报，1999，18(3)：177～181．
14．郑维汉．贝氏体转变及其应用[J]．青岛建筑工程学院学报．1995，16(1)：72～74．
15．刘振宇，王昭东，王国栋等．加速冷却对热轧C—Mn钢力学性能的影响[J]．钢铁，1996，31(5)：35～38．
16．王昭东，刘相华，王国栋等．热轧含钒微合金钢在加速冷却条件下的强化因素[J]．钢铁，1996，31(11)：39～43．
17. D. Q. Bai, S. Yue, T. M. Maccagno and J. Jonas. Effect ot Deformation and Cooling Rate on the Microstructures of Low Carbon Nb-B Steels, ISIJ Int., 1998, 38(4): 371～379.
18．王占学，控制轧制与控制冷却[M]。冶金工业出版社，1988年
19．王有铭，李曼云，韦光，钢材的控制轧制和控制冷却[M]。冶金工业出版社，1993年
20．谷庆，冯光红，常崇民等．控制轧制工艺对中厚板性能的影响[J]．钢铁研究，2001，No．1：12～15．
21．冯光纯．控轧控冷技术的现状与发展[J]．四川冶金，1996，No．1：73～75．
22．刘东升，王国栋，刘相华等．微合金低碳Mn—B钢连续冷却转变及控轧控冷的显微组织及力学性能[J]．钢铁研究学报，1998，10(3)：41～44．
23．孙建林，康永林，魏欣亚，贺信莱，杨善武．800MPa级低合金中厚板的工艺及力学性能分析[J]．新一代钢铁材料研讨会．北京：中国金属学会，2001：345-348．
24．牧正志，钢经形变热处理的组织控制及强韧性改善[J]，上海金属，1993，15(6)
25．吴永斌．控制轧制与高强度高韧性钢板的试制[J]．宽厚板，1999，15(3)
26．姚连登．微合金化与控制轧制的进展[J]．宽厚板，1999，15(1)
27．王昭东，刘相华，王国栋等．热轧含钒微合金钢在加速冷却条件下的强化因素[J]．钢铁，1996，31(11)：39～43．
28．王青江，王仪康．微合金控制轧制钢[J]．焊管，1994，17(4)：14～20．
29．杨春楣，胡贻苏，辛义德．含Nb—V高强度钢强韧化机理研究[J]．重庆大学学报，1998，21(6)：73～78．
30．候豁然．关于细化低合金钢铁素体晶粒的研究进展[J]．钢铁，1999，34(5)：71～74
31. R. Bengchea, B. Lopen and I. Gutierren. Microstructural Evolution during the Austrnite-to-Ferrite Transformation from Deformed Austenite, Metallurgical and Materials Transactions A, 1998, 22A: 417-426.
32．汪日志，雷廷权，谭舒平．锅炉用ASTMA299钢动态再结晶及形变促发A→F转变的研究[J]，钢铁，1992，8：50．
33. V. M. Khlestov, E. V. Konopleva and H. J. Mcqueen. Kinetics of Austenite Transformation during Thermomechanical Processes. Canadian Metallurgical Quarterly, 1998, 37(2): 75-89.
34．田村今男等著，王国栋，刘振宇，熊尚武译．高强度低合金钢的控制轧制与控制冷却[M]．北京：冶金工业出版社，1992年
35. T. Tanaka. J. Soc. Materials Sci. Japan, 1980, 30: 611.
36. H. Yada, Y. Matsumura and T. Senuma: Proceedings of International Conference on Physical Metallurgy of Thermomechanical Proceeding of Steels and Other Metals, ed. I. Iron and Steel Institute of Japan, Tokyo. 1988 : 200.
37. Weng Yuqing. HSLA Steels'2000, ed. Liu Guoquan, Wang Fuming et al. Metallurgical Industry Press, Beijing, 2000: 3-10.
38．侯豁然，宋立秋，刘清友等．一种超低碳微合金钢形变诱导相变过程的组织分析[J]，新一代钢铁材料研讨会论文集，中国金属学会，北京，2001：
329-332．
39．杨忠民，赵燕，王瑞珍等．形变诱导铁素体的形成机制[J]，金属学报，2000，36(8)：818．
40．杨忠民，赵燕，王瑞珍等．低温变形低碳钢超细铁素体的形成[J]，金属学报，2000，36(10)：1061．
41．方鸿生，王家军，杨志纲等．贝氏体相变[M]．北京：科学出版社，1999年
42．徐祖耀，刘世楷．贝氏体相变与贝氏体[M]．北京：科学出版社，1991年
43. D. S. Liu, X. H. Liu, G. D. Wang, et al. Mechanical stabilization of deformed austenite during continuous cooling transformation in an C-Mn-Cr-Ni-Mo plastic die steel, Acta Metallurgica Sinica, 1998, 11(2): 93-99.
44. Z. D. Wang, X. H. Liu, G. D. Wang. et al. Influence of hot deformation on continuous cooling bainitic transformation in a low carbon steel, Acta Metallurgica Sinica. 1998, 11(2): 121-127.
45. Wang Guodong, Liu Xianghua and Wang Zhaodong. Effect of hot deformation on continuous cooling bainite transformation in a low carbon steel. THERMEC-97 Conference, Wollongon, Australia. ( 1997): 717-723.
46．余德刚．贝氏体相变理论[J]，金属热处理学报，1996，17(Suppl．)：47～55．
47．林惠国，傅代直．钢的奥氏体转变曲线[M]．机械工业出版社，1988年
48．张世中．钢的过冷奥氏体转变曲线图集[M]．冶金工业出版社，1993年
49．《常用结构钢金相图谱》编写组．常用结构钢金相图谱[M]．国防工业出版社，1982年
50．杜林秀．低碳钢变形过程及冷却过程的组织演变与控制[D]．沈阳：东北大学博士学位论文，2003年
51．俞德刚，谈育．钢的组织强度学[M]．上海科学技术出版社，1983年
52．刘永铨．钢的热处理[M]．冶金工业出版社，1981年
53．郑晖．低碳钢热连轧过程中的工艺优化与性能预报[D]．沈阳：东北大学硕士学位论文，2002年
54．漆世泽．700MPa级高强低合金钢的成分设计与工艺开发[D]．沈阳：东北大学硕士学位论文，2003年
55．崔约贤，王长利．金属断口分析[M]．哈尔滨工业大学出版社，1998年
56．上海交通大学《金属断口分析》编写组．金属断口分析[M]，国防工业出版社，1979年
57．杨道明．金属机械性能基础知识问答[M]．机械工业出版社，1990年
58．雷廷权，姚忠凯，杨德庄等．钢的形变热处理[M]．机械工业出版社，1979年
59．李承基．贝氏体相变理论[M]．机械工业出版社，1995年
2．翁宇庆．中国钢铁材料发展现状及迈入新世纪的对策[J]．钢铁，2001，36(10)：1～5．
3. Kotobu Nagai. State-of-the-art of 800MPa Steel Project in Japan, NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 8-15.
4. Wung-Yong Choo. Present Developing Status of High Performance Steel in Korea (HIPERS-21 Project), NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 16-26.
5. Wung-Yong Choo. 4th Year Progress of HIPERS-21 Project, Proceeding of the Workshop on HIPERS-21, Pohang, Korea: POSCO, 2002, 1-15.
6. Kotobu Nagai. Grain Refinement through Heavy Deformation, Proceeding of the Workshop on HIPERS-21, Pohang, Korea: POSCO, 2002, 17-25.
7. Yuqing Weng. Development of Ultrafine Grained Steel in China, NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 1-15.
8. Guodong Wang, Xianghua Liu and Hua Ding et al. Development and Application of 400 MPa Super Steel, NG Steel'2001, Beijing, China: The Chinese Society for Metals, 2001, 55-61.
9. Perch N J.J.Iron Steel Int.,1953.
10. Perch N.J.,Philos Mag., 1958,3
11．雍歧龙，马鸣图，吴宝榕．微合金钢--物理和力学冶金[M]．机械工业出版社，1989年
12．靳兰芬，梁甜．16Mn钢轧后控制冷却的贝氏体组织与性能[J]．材料科学与工艺，1995，3(4)：52～56．
13．燕来生，赵金兰．碳钢贝氏体等温淬火对组织和性能的影响[J]．内蒙古工业大学学报，1999，18(3)：177～181．
14．郑维汉．贝氏体转变及其应用[J]．青岛建筑工程学院学报．1995，16(1)：72～74．
15．刘振宇，王昭东，王国栋等．加速冷却对热轧C—Mn钢力学性能的影响[J]．钢铁，1996，31(5)：35～38．
16．王昭东，刘相华，王国栋等．热轧含钒微合金钢在加速冷却条件下的强化因素[J]．钢铁，1996，31(11)：39～43．
17. D. Q. Bai, S. Yue, T. M. Maccagno and J. Jonas. Effect ot Deformation and Cooling Rate on the Microstructures of Low Carbon Nb-B Steels, ISIJ Int., 1998, 38(4): 371～379.
18．王占学，控制轧制与控制冷却[M]。冶金工业出版社，1988年
19．王有铭，李曼云，韦光，钢材的控制轧制和控制冷却[M]。冶金工业出版社，1993年
20．谷庆，冯光红，常崇民等．控制轧制工艺对中厚板性能的影响[J]．钢铁研究，2001，No．1：12～15．
21．冯光纯．控轧控冷技术的现状与发展[J]．四川冶金，1996，No．1：73～75．
22．刘东升，王国栋，刘相华等．微合金低碳Mn—B钢连续冷却转变及控轧控冷的显微组织及力学性能[J]．钢铁研究学报，1998，10(3)：41～44．
23．孙建林，康永林，魏欣亚，贺信莱，杨善武．800MPa级低合金中厚板的工艺及力学性能分析[J]．新一代钢铁材料研讨会．北京：中国金属学会，2001：345-348．
24．牧正志，钢经形变热处理的组织控制及强韧性改善[J]，上海金属，1993，15(6)
25．吴永斌．控制轧制与高强度高韧性钢板的试制[J]．宽厚板，1999，15(3)
26．姚连登．微合金化与控制轧制的进展[J]．宽厚板，1999，15(1)
27．王昭东，刘相华，王国栋等．热轧含钒微合金钢在加速冷却条件下的强化因素[J]．钢铁，1996，31(11)：39～43．
28．王青江，王仪康．微合金控制轧制钢[J]．焊管，1994，17(4)：14～20．
29．杨春楣，胡贻苏，辛义德．含Nb—V高强度钢强韧化机理研究[J]．重庆大学学报，1998，21(6)：73～78．
30．候豁然．关于细化低合金钢铁素体晶粒的研究进展[J]．钢铁，1999，34(5)：71～74
31. R. Bengchea, B. Lopen and I. Gutierren. Microstructural Evolution during the Austrnite-to-Ferrite Transformation from Deformed Austenite, Metallurgical and Materials Transactions A, 1998, 22A: 417-426.
32．汪日志，雷廷权，谭舒平．锅炉用ASTMA299钢动态再结晶及形变促发A→F转变的研究[J]，钢铁，1992，8：50．
33. V. M. Khlestov, E. V. Konopleva and H. J. Mcqueen. Kinetics of Austenite Transformation during Thermomechanical Processes. Canadian Metallurgical Quarterly, 1998, 37(2): 75-89.
34．田村今男等著，王国栋，刘振宇，熊尚武译．高强度低合金钢的控制轧制与控制冷却[M]．北京：冶金工业出版社，1992年
35. T. Tanaka. J. Soc. Materials Sci. Japan, 1980, 30: 611.
36. H. Yada, Y. Matsumura and T. Senuma: Proceedings of International Conference on Physical Metallurgy of Thermomechanical Proceeding of Steels and Other Metals, ed. I. Iron and Steel Institute of Japan, Tokyo. 1988 : 200.
37. Weng Yuqing. HSLA Steels'2000, ed. Liu Guoquan, Wang Fuming et al. Metallurgical Industry Press, Beijing, 2000: 3-10.
38．侯豁然，宋立秋，刘清友等．一种超低碳微合金钢形变诱导相变过程的组织分析[J]，新一代钢铁材料研讨会论文集，中国金属学会，北京，2001：
329-332．
39．杨忠民，赵燕，王瑞珍等．形变诱导铁素体的形成机制[J]，金属学报，2000，36(8)：818．
40．杨忠民，赵燕，王瑞珍等．低温变形低碳钢超细铁素体的形成[J]，金属学报，2000，36(10)：1061．
41．方鸿生，王家军，杨志纲等．贝氏体相变[M]．北京：科学出版社，1999年
42．徐祖耀，刘世楷．贝氏体相变与贝氏体[M]．北京：科学出版社，1991年
43. D. S. Liu, X. H. Liu, G. D. Wang, et al. Mechanical stabilization of deformed austenite during continuous cooling transformation in an C-Mn-Cr-Ni-Mo plastic die steel, Acta Metallurgica Sinica, 1998, 11(2): 93-99.
44. Z. D. Wang, X. H. Liu, G. D. Wang. et al. Influence of hot deformation on continuous cooling bainitic transformation in a low carbon steel, Acta Metallurgica Sinica. 1998, 11(2): 121-127.
45. Wang Guodong, Liu Xianghua and Wang Zhaodong. Effect of hot deformation on continuous cooling bainite transformation in a low carbon steel. THERMEC-97 Conference, Wollongon, Australia. ( 1997): 717-723.
46．余德刚．贝氏体相变理论[J]，金属热处理学报，1996，17(Suppl．)：47～55．
47．林惠国，傅代直．钢的奥氏体转变曲线[M]．机械工业出版社，1988年
48．张世中．钢的过冷奥氏体转变曲线图集[M]．冶金工业出版社，1993年
49．《常用结构钢金相图谱》编写组．常用结构钢金相图谱[M]．国防工业出版社，1982年
50．杜林秀．低碳钢变形过程及冷却过程的组织演变与控制[D]．沈阳：东北大学博士学位论文，2003年
51．俞德刚，谈育．钢的组织强度学[M]．上海科学技术出版社，1983年
52．刘永铨．钢的热处理[M]．冶金工业出版社，1981年
53．郑晖．低碳钢热连轧过程中的工艺优化与性能预报[D]．沈阳：东北大学硕士学位论文，2002年
54．漆世泽．700MPa级高强低合金钢的成分设计与工艺开发[D]．沈阳：东北大学硕士学位论文，2003年
55．崔约贤，王长利．金属断口分析[M]．哈尔滨工业大学出版社，1998年
56．上海交通大学《金属断口分析》编写组．金属断口分析[M]，国防工业出版社，1979年
57．杨道明．金属机械性能基础知识问答[M]．机械工业出版社，1990年
58．雷廷权，姚忠凯，杨德庄等．钢的形变热处理[M]．机械工业出版社，1979年
59．李承基．贝氏体相变理论[M]．机械工业出版社，1995年