葉明明

摘要：研究了薄板坯連鑄連軋（CSP）工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度汽車用大梁板的工藝控制參數(shù)以及力學(xué)性能和顯微組織之間的關(guān)系.根據(jù)柔性工藝控制的指導(dǎo)思想，在珠鋼電爐CSP流程下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)不同級(jí)別高強(qiáng)度鋼板的柔性軋制工藝.利用掃描電鏡和透射電鏡研究了其組織和強(qiáng)度差異產(chǎn)生的原因.研究表明，鋼板最終組織成為多邊形鐵素體和少量珠光體組成，它們平均鐵素體晶粒尺寸約為3.7～5.6pm；當(dāng)降低卷取溫度，存在部分滲碳體已破碎成細(xì)小的碳化物粒子分布于鐵素體基體上，鋼板中有及其少量貝氏體出現(xiàn).

關(guān)鍵詞：化學(xué)成分；薄板坯連鑄連軋（CSP）；性能；工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度

1.1薄板坯連鑄連軋CSP（ compact strip production）工藝是20世紀(jì)末開發(fā)成功的生產(chǎn)熱軋板卷的一項(xiàng)短流程工藝，是繼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼、連續(xù)鑄鋼之后鋼鐵工業(yè)最重要的革命性技術(shù)之一.該技術(shù)具有投資少、生產(chǎn)成本低、流程緊湊、自動(dòng)化控制水平高、節(jié)省能源、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，從而得到了迅速發(fā)展.目前，全球已投產(chǎn)的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線有39條，鑄機(jī)54流[1]；到2005年底，我國薄板坯連鑄連軋生，產(chǎn)線達(dá)到11條，連鑄線21流，產(chǎn)能達(dá)到3100萬單位。

1.2由于薄板坯連鑄連軋工藝與傳統(tǒng)工藝在鋼鐵冶金過程中的熱歷史不同，加上在連鑄、均熱、連軋及層流冷卻過程中采取了液芯壓下、電磁制動(dòng)、充分長(zhǎng)，且靈活的隧道式加熱、均熱、高壓除鱗、高精度連軋控制及靈活的層流冷卻等一系列新的工藝控 制技術(shù)，因此應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到這些新的工藝特點(diǎn)，在新產(chǎn)品開發(fā)、擴(kuò)大品種規(guī)格范圍等方面充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì).薄板坯連鑄連軋的研究及產(chǎn)品開發(fā)實(shí)踐表明，熱軋薄板最終產(chǎn)品的組織性能不僅取決于冶金成分，而且與各工藝過程環(huán)節(jié)的控制方法及參數(shù)密切相關(guān)，需要在各工藝過程中對(duì)其組織性能進(jìn)行綜合的優(yōu)化控制才能達(dá)到最佳效果[2].同時(shí)，在冶金成分一定的條件下，根據(jù)產(chǎn)品訂貨要求，可以在一定范圍內(nèi)采取靈活的柔性軋制工藝控制方法得到不同程度性能級(jí)別的板帶產(chǎn)品.本文根據(jù)柔性工藝控制的指導(dǎo)思想，在珠鋼電爐CSP流程下實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)低碳高強(qiáng)度汽車板的柔性化生產(chǎn)技術(shù)，研究了鋼板組織與性能之間的關(guān)系，并初步探討了其強(qiáng)化機(jī)制.

2.1金屬塑性變形的物理實(shí)質(zhì)基本上是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，在塑性變形中，位錯(cuò)之間、位錯(cuò)與溶質(zhì)原子、間隙原子以及空位之間、位錯(cuò)與第二相質(zhì)點(diǎn)之間都會(huì)發(fā)生相互作用，引起位錯(cuò)數(shù)量、分布和組態(tài)的變化.在CSP工藝連軋過程中，隨著累積變形量的增加，位錯(cuò)密度明顯增加，對(duì)于1#鋼板，其卷取溫度較高，變形后的冷卻速率較低，金屬變形過程中產(chǎn)生的位錯(cuò)能夠在變形過程中通過交滑移等方式運(yùn)動(dòng)，使部分位錯(cuò)消失，部分重新排列，造成奧氏體的回復(fù)，使得其位錯(cuò)密度降低.而3#鋼板，由于其卷取溫度較低，因此應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到這些新的工藝特點(diǎn)，在新產(chǎn)品開發(fā)、擴(kuò)大品種規(guī)格范圍等方面充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì).薄板坯連鑄連軋的研究及產(chǎn)品開發(fā)實(shí)踐表明，熱軋薄板最終產(chǎn)品的組織性能不僅取決于冶金成分，而且與各工藝過程環(huán)節(jié)的控制方法及參數(shù)密切相關(guān)，需要在各工藝過程中對(duì)其組織性能進(jìn)行綜合的優(yōu)化控制才能達(dá)到最佳效果[2].同時(shí)，在冶金成分一定的條件下，根據(jù)產(chǎn)品訂貨要求，可以在一定變形后的冷卻速率較高，并且出現(xiàn)了部分粒狀貝 氏體，導(dǎo)致其位錯(cuò)密度升高，出現(xiàn)位錯(cuò)發(fā)團(tuán)和位錯(cuò)纏結(jié)，甚至形成位錯(cuò)墻.位錯(cuò)密度的提高有助于提高鋼材的強(qiáng)度

2.2位錯(cuò)相當(dāng)于一條線性畸變區(qū)，原子沿著位錯(cuò)線進(jìn)行遷移要比晶內(nèi)容易，所以位錯(cuò)往往是晶體內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散的方便渠道，溫度越低，位錯(cuò)對(duì)擴(kuò)散的作用越大.文獻(xiàn)研究表明：對(duì)于CSP工藝，整個(gè)帶鋼基體上的碳平衡濃度是不均勻的.在軋制和保溫過程中，碳原子更易于向位錯(cuò)或位錯(cuò)纏結(jié)堆積的區(qū)域擴(kuò)散.位錯(cuò)密度越高，碳平衡濃度也越高，這樣就使得位錯(cuò)周圍不斷富碳.相變后由于濃度梯度和化學(xué)位梯度，具有較高位錯(cuò)密度的珠光體島，上的過飽和碳原子向貧碳區(qū)擴(kuò)散.滲碳體的形核驅(qū)動(dòng)力是最低的（～0.5eV），因此由于動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)使過飽和的碳原子不斷形核，并長(zhǎng)大形成碳化物粒子.較高的位錯(cuò)密度增加了碳原子與位錯(cuò)的結(jié)合程度，當(dāng)碳原子和位錯(cuò)的界面能高于滲碳體碳中原子和鐵原子的結(jié)合能時(shí)，使得位錯(cuò)不斷從滲碳體中拖曳碳原子，由于Gibbs-Thompson效應(yīng)，使得短棒狀的滲碳體不斷溶解、收縮變短，形成細(xì)小的球形碳化物粒子分布于珠光體島上，控制軋制后，加速冷卻所引起鋼板力學(xué)性能變化是鐵素體晶粒細(xì)化和珠光體組織變化綜合影響的結(jié)果.

圖2為利用化學(xué)相分析以及X射線小角散射對(duì)CSP工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度汽車大梁板的電解粉末組成及粒度進(jìn)行分析研究結(jié)果.

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種汽車大梁板中納米級(jí)碳化物總量幾乎相同，其碳化物粒子平均尺寸在幾十至100多rnm之間.但是，兩種鋼板中碳化物尺寸有差別，強(qiáng)度較高的3#鋼板中納米級(jí)碳化物粒子平均尺寸小于強(qiáng)度較低的1#鋼板.3#鋼板中尺寸<181nm和< 36 nm的納米級(jí)碳化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比1#鋼板中納米級(jí)碳化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，其中尺寸<18nm粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大1倍.這些不同尺寸的碳化物粒子應(yīng)能對(duì)鋼板起到沉淀強(qiáng)化作用[11].其粒子尺寸上的差別，可能與鋼的組織細(xì)化和析出形態(tài)有關(guān)，關(guān)于CSP低碳鋼中彌散沉淀相的結(jié)構(gòu)、析出規(guī)律及強(qiáng)化機(jī)理有待更深入的研究.

結(jié)論

（1）以C-Mn鋼成分做為基礎(chǔ)，在珠鋼電爐CSP流程下通過采取不同控制工藝，獲得了不同強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)韌性能較為良好的低碳高強(qiáng)度汽車板.鋼板板面的平均鐵素體晶粒尺寸約為3.7～5.6μm，且鋼板表面和心部晶粒尺寸相差并不大.

（2）推薦熱軋終軋溫度為870C，卷取溫度為660C。

（3）在焊接熱影響粗晶區(qū)（HAZ）試驗(yàn)鋼組織為針狀鐵素體+少量珠光體，韌性得到了改善，焊接性良好。

（4）汽車大梁板成品板組織為多邊形鐵素體和少量珠光體組成.當(dāng)卷取溫度較低，軋后冷卻速度增大時(shí)，鋼板鐵素體晶粒明顯細(xì)化，呈不規(guī)則的多變形狀。