钢中带状组织及其研究现状

带状组织是铸坯热轧过程中形成的常见组织缺陷,严重影响钢材后续加工性能和使用性能。对常见亚共析钢带状组织的形成机制、危害、控制措施和评级方法等研究现状与认识进行系统评述。分析认为,合金元素微观偏析是形成带状组织的根本原因,合理地控制合金成分、枝晶形态和热加工工艺也是抑制带状组织的重要途径。由微观偏析导致的枝晶内和枝晶间Ar3转变温度差异越大,带状组织越易形成。奥氏体分解过程中的冷却速率和奥氏体晶粒尺寸是形成带状组织的主要影响因素。较高的冷却速率、较大的奥氏体晶粒尺寸均会抑制带状组织发生。还分别阐述一次、二次碳化物对过共析钢带状组织形成的主要作用。同时,提出促进合金元素均匀扩散、减少连铸坯凝固组织微观偏析是减轻或消除带状组织的主要途径。带状组织中可能存在长条状夹杂物,然而,钢中夹杂物的大小、形貌和分布对带状组织的影响程度至今还不清晰。精细地表征与定量评价带状组织及其危害程度是亟待开展的重要工作。此外,铸坯加热制度对消除带状组织和控制组织晶粒度的综合影响也有待深入认识。     

冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响

摘要：为了探究冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响,采用相变仪设备对铸带重新加热并进行不同冷却速率冷却,采用光学显微镜、场发射电子探针和电子背散射衍射等手段对微观组织和针状铁素体形核所利用的夹杂物进行了分析。结果表明,铸带经1200℃保温3min后,原奥氏体晶粒尺寸约为150～650μm,可以满足晶内针状铁素体形核对原奥氏体晶粒尺寸的需要。在2～5℃/s的冷却速率范围内,试样中得到了大量的针状铁素体组织,冷却速率为2℃/s的试样中大角度晶界所占比例约为60%;当冷却速率大于20℃/s,针状铁素体的形成受到抑制。铸带中针状铁素体形核所利用的夹杂物是Ti-Al-Si-Mn-O+MnS复合夹杂物。     

冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响

为了探究冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响,采用相变仪设备对铸带重新加热并进行不同冷却速率冷却,采用光学显微镜、场发射电子探针和电子背散射衍射等手段对微观组织和针状铁素体形核所利用的夹杂物进行了分析。结果表明,铸带经1 200℃保温3 min后,原奥氏体晶粒尺寸约为150～650μm,可以满足晶内针状铁素体形核对原奥氏体晶粒尺寸的需要。在2～5℃/s的冷却速率范围内,试样中得到了大量的针状铁素体组织,冷却速率为2℃/s的试样中大角度晶界所占比例约为60%;当冷却速率大于20℃/s,针状铁素体的形成受到抑制。铸带中针状铁素体形核所利用的夹杂物是Ti-Al-Si-Mn-O+MnS复合夹杂物。     

钒氮钢中晶粒细化研究

 采用Gleeble 3500热模拟试验机，在相同工艺条件下，对比研究了钒氮钢、钒钢以及碳锰钢的晶粒细化效果。结果表明，钒氮钢的晶粒细化效果最显著，铁素体的晶粒尺寸可达61 μm，这主要与在奥氏体区中析出的V(C，N)有关。奥氏体区析出的V(C，N)，不但可抑制奥氏体晶粒长大，同时还可以作为铁素体的形核核心，诱导晶内铁素体形成，大大增加铁素体形核率，从而提高了相变细化的比率。     

两阶段冷却工艺对基于应变设计X70管线钢组织的影响

 铁素体-贝氏体双相组织钢能够通过软硬相协调屈服抵抗大变形,这是基于应变设计管线钢的研究热点。为探究生产工艺对双相组织形态的影响规律,利用Gleeble-3800热模拟试验机,通过压缩试验模拟轧制和冷却,研究了两阶段冷却工艺对基于应变设计X70管线钢形变奥氏体组织转变的影响。结果表明：一阶段缓冷后的待温处理使铁素体形核温度降低,有效提高了铁素体形核率,起到细化晶粒作用;降低二阶段快冷开冷温度可以增加铁素体析出时间,从而增加铁素体的含量;二阶段快冷中,提高冷却速率和降低终冷温度均可细化贝氏体组织的板条间距以及板条间的碳化物,提高了贝氏体显微维氏硬度。     

连铸连轧生产25CrMo4齿轮钢带状组织的控制实践

通过调整连铸工艺参数与轧钢工艺参数,改善了25CrMo4齿轮钢带状组织。研究结果表明：在连铸坯凝固过程中,较大的电磁力促使连铸坯凝固时枝晶不断的重新发生迁移,微观枝晶的枝干与枝间分布更加均匀,由此产生的微观偏析也随之减小,连铸坯凝固过程中形成的一次带状组织得到改善。提升连铸坯在加热炉内的加热温度,碳元素以及合金元素相对富化区域的元素向贫化区域发生实质性的迁移速度也随之提升,铸坯前期因选择性结晶形成的无序分布枝晶组织加速均质化。钢材轧后采用风冷,其冷却过程钢材的铁素体与珠光体形核率较高,铁素体与珠光体分布更为细小均匀,轧材不易形成二次带状组织。     

微合金化控轧控冷钢筋纵向金相组织研究

 对微合金化控轧控冷钢筋的纵向金相组织进行了研究,并分析了不同成分试验钢纵向“条带”组织的差异及形成原因。研究结果表明：偏析元素（P、Si、Mn等）在轧制过程中沿轧制方向呈条状分布,是20MnSi、20MnSiV钢产生带状组织的原因。铌及其碳氮化物的溶质拖曳和“钉扎”作用,使20MnSiNb钢的奥氏体未再结晶轧制温度提高到1050℃,在冷却过程中,先共析铁素体在形变奥氏体晶界和内部变形带均匀析出,随后沿形变奥氏体晶界（在先共析铁素体与奥氏体的界面上）生成珠光体带,最后在形变奥氏体晶粒内部形成贝氏体条。研究条件下优势形核点的排序为：形变奥氏体晶界和形变奥氏体晶内变形带、偏析元素和夹杂、再结晶奥氏体晶界。     

含钼双相钢DP600相变研究和工艺实践

采用热模拟试验研究了含钼双相钢DP600在不同冷却模式、转变温度和冷却速率时的显微组织转变,分析了相变后的马氏体比例和晶粒度级别,根据热模拟结果设计了DP600钢的生产工艺,并探讨了钼元素对双相钢的影响。结果表明,DP600钢在热轧组织转变时,两段式冷却工艺比一段式工艺形成的马氏体细小,且晶粒度提升1级。奥氏体向铁素体转变过程中,存在最佳相变温度平衡点;590 ℃以上减缓DP600钢铁素体＋珠光体的过冷转变速率,可以细化晶粒、增加马氏体比例。生产的DP600钢金相显微组织为铁素体＋马氏体,马氏体比例为17%,晶粒度为11级;纵向、横向抗拉强度分别为592和620 MPa,伸长率分别为28.5%和26.5%。钼元素可以强烈抑制C- Si- Mn- Cr- Mo系DP600钢的铁素体转变,缩小铁素体转变区。     

冷却速率和冷却温度对SA-210Gr.C钢中带状组织形成的影响

研究了不同冷却速率和冷却温度对热轧态SA-210Gr.C钢中铁素体、珠光体带状组织的形成规律。为了保证奥氏体向铁素体、珠光体组织转变,试样经快速冷却至一定温度,然后采取空冷的处理工艺。试验结果表明,快速冷却处理可以有效地抑制带状组织的形成,但是需要控制冷却速率以及冷却温度。虽然试样经过快速冷却处理后会形成一定量的魏氏组织,但是其冲击性能并没有显著降低。     

含钒钢的沉淀和晶粒细化

此项工作集中研究钒、氮、碳在控制奥氏体和铁素体内V（C，N）沉淀上的作用，以及在促成晶粒内铁素体的形成而使晶粒细化和通过中间相和不规则沉淀而形成沉淀强化上的作用。在某一给定钒含量下，铁素体沉淀强化的程度取决于氮、碳的可利用量。已有结论表明，氮是一种非常可靠的合金元素。它可以增加钒微合金钢的屈服强度：每增加0．001％氮，可增加约6MPa的强度，并且基本上与工艺条件无关。碳在沉淀强化上的作用较为复杂，目前的结构表明，随着碳含量的增加，钒微合金钢的沉淀强化作用急剧增强，每增加0．01％碳，可增加约5．5MPa的强度。其原因是，在相变期间，铁素体和过冷奥氏体之间亚稳定均势，极大地增加了碳在铁素体内的可溶性，因而有利于大量的V（C，N）微粒核化。碳的这种作用，在用于热轧钢筋和型材生产的中碳钢中，特别明显。试验结果表明，钒不仅可以有效地用于沉淀强化，而且也可以用于铁素体晶粒细化。钒有助于两种晶粒内核化铁素体的形成，生成多边（自发）铁素体和针状（侧板）铁素体。晶体内多边铁素体在氮化钒（VN）微粒上核化。在等温保持期或奥氏体范围内缓冷期内，钒氮微粒在奥氏体内生长。在低温约450℃时，在等温相变期间，针状铁素体微结构在钒微合金钢中形成。针状铁素体微结构在含高，中或非常低的氮含量的钒微合金钢中获得。这就说明钒本身可以促成针状铁素体的形成。     

晶内铁素体及其组织控制技术研究概况

介绍了晶内铁素体的组织特点以及晶内铁素体组织对钢材力学性能的影响,得出晶内铁素体能显著提高钢的冲击韧性。详细阐述了晶内铁素体的形核机理,分析表明目前晶内铁素体形核机理仍不够完善,尚未形成统一的机制。同时介绍了钛氧化物、MnS、稀土氧化物等促进晶内铁素体形核的夹杂物,指出含Ti复合夹杂物是理想的晶内铁素体形核核心。最后分析了夹杂物尺寸、冷却速度对晶内铁素体形核的影响,并简述了一些晶内铁素体组织控制技术,结果表明Ti-B 处理、Ti-Mg处理效果优于单独的Ti处理。     

热轧590MPa级车轮钢的奥氏体相变行为

 利用热力模拟试验技术,研究一种Nb-V-Ti复合微合金化C-Mn钢的奥氏体连续冷却相变行为,为低成本高性能热轧590MPa级车轮钢的控制轧制和控制冷却工艺制定提供必要的理论依据。研究表明：无形变条件下,铁素体转变存在的冷却速率范围为0. 5~5℃/s,珠光体转变存在的冷却速率范围为0. 5~2℃/s;形变条件下,铁素体转变存在的冷却速率范围为0. 5~25℃/s,珠光体转变存在的冷却速率范围为0. 5~10℃/s;不论是否存在形变,贝氏体转变存在于整个冷却速率范围(0. 5~30℃/s);奥氏体区形变增加了奥氏体内部的缺陷密度,促进了非均匀形核的发生,故形变促进了铁素体转变;由于试验钢的碳的质量分数较低(＜0. 10%),形变通过促进铁素体相变而间接促进珠光体相变;当贝氏体相变前无铁素体相变时,形变对贝氏体相变有促进作用;试验钢在实际热轧试验中冷却速率宜控制在20℃/s左右,卷取温度控制在550~650℃。     

低合金高强钢中针状铁素体控制的综述

在低合金高强钢中，形成大量的针状铁素体是满足高强度和高韧性的主要方法。影响针状铁素体体积分数的几个关键因素在不同的文献均有体现，也有综述文献总结了针状铁素体形核机制和有利于形核的夹杂物特征，但是并没有系统地总结各因素变化带来的影响。本文总结了奥氏体晶粒尺寸、冷却速率、夹杂物成分、夹杂物尺寸的变化对针状铁素体体积分数的影响。得出结论如下：奥氏体晶粒尺寸为100～200μm、冷却速率为5～10℃/s、夹杂物尺寸为1～2μm和（Ti、Mg、Zr）O_x夹杂物均有利于促进针状铁素体形核。     

X80管线钢和管线钢管的组织细化

为满足X80管线钢和管线钢管的高强韧性要求,采取的组织细化的方法包括:反复再结晶细化奥氏体晶粒;结合Nb微合金化技术的未再结晶区控制轧制;添加Mo推迟高温相变,采用加速冷却,获得针状铁素体组织;利用TiN等第二相粒子阻止奥氏体晶粒长大;控制钢中夹杂物的组成、尺寸和分布,诱导晶内针状铁素体形核,得到细小的HAZ组织.     

微量铜和砷对Ti-IF钢铁素体相变行为和组织的影响

利用Gleeble 3800热模拟试验机,结合膨胀仪研究了微量铜和砷对连续加热过程和冷却过程中Ti-IF钢相变动力学的影响;结合光学显微镜和扫描电子显微镜,模拟研究了微量铜和砷对不同热轧终轧温度条件下TiIF钢的铁素体晶粒尺寸的影响。结果表明:与几乎不含铜和砷的Ti-IF钢相比,铜、砷的质量分数为0.08%、0.04%的Ti-IF钢中的铜和砷显著提高连续加热过程中Ti-IF钢奥氏体相变的开始温度和连续冷却过程中铁素体相变的结束温度。这主要是由于砷是封闭铁基奥氏体区的元素。由于微量砷提高铁素体相变的结束温度,导致铁素体晶粒尺寸反常粗大。因此,对于残余砷含量较高的Ti-IF钢,应适当控制较高的热轧终轧温度,以避免形成粗大的铁素体组织。     

硼对低碳钢晶粒尺寸的影响

研究了硼对低碳钢晶粒尺寸的影响,结果表明:低碳钢中酸溶硼([B]s)的质量分数大于0.005%时,随酸溶硼的质量分数增加,铁素体晶粒尺寸明显变大.主要原因为硼的加入使钢的奥氏体晶粒增大,从而使铁素体晶粒尺寸变大;硼的加入抑制铁素体形核并降低相变开始的实际温度,孕育期变长,从而使铁素体晶粒尺寸变大.冷却速度为0.5～5℃/s,随冷却速度加快,晶粒尺寸明显减小;冷却速度为5～15℃/s,晶粒尺寸的变化不大.冷却速度大于5℃/s时,含硼低碳钢明显出现贝氏体,因此热轧后盘条的冷却速度最好控制在5℃/s以下.     

稀土和Ca、Mg元素对高强度钢焊接热影响区组织和韧性的影响

研究了低合金高强度非调质中厚板钢中添加稀土(REM)和Ca、Mg微量元素对大线高能焊接热影响区(HAZ)显微组织微细化和晶内针状铁素体(IAF)形成的影响.结果表明,添加REM和Ca、Mg元素可在钢的HAZ中形成弥散稳定的氧硫化物(CeCa)2O2S和(CeMg)2O2,热轧奥氏体化(1450℃)和焊接热输入10 kJ/mm时都十分稳定,比传统采用TiN强化的钢具有更优良的低温韧性.有效地控制细小弥散的氧硫化合物,能获得适中的奥氏体有效晶粒尺寸和提供HAZ中形成晶内针状铁素体及稳定活性的形核位置.促进晶内铁素体协同形核生长,有效地使得HAZ组织微细化.     

加热速率对逆转变奥氏体微观组织的影响

 为了研究连续加热过程中加热速率对逆转变奥氏体微观组织的影响,通过热膨胀仪和EBSD研究了不同加热速率下部分逆相变和完全逆相变后的微观组织。结果表明,高加热速率促进了块状奥氏体的形成,而低加热速率有利于针状奥氏体的形成,且加热速率越大,最终逆转变完成时奥氏体晶粒尺寸越微细。高加热速率使得奥氏体形核和长大被推向高温区进行,高温区块状奥氏体为置换性合金元素非配分长大模式,长大速率极快。因此,高加热速率促进了块状奥氏体的形成。     

Cu-P-Cr-Ni-Mo耐候钢双相区多道次轧制模拟的组织演变

 为了实现Cu-P-Cr-Ni-Mo耐候钢的铁素体晶粒细化从而充分提高其强塑性,通过热模拟压缩试验,利用金相、SEM、EBSD等微观组织分析方法研究了其在双相区的多道次压缩变形过程中的组织演变。结果表明,试验钢在变形过程中,第二相（马氏体、贝氏体）呈条带状分布于铁素体基体上,随着道次增加,铁素体晶粒逐步细化,第5道次变形后得到1.8 μm左右的超细晶铁素体。前期铁素体晶粒细化的主要机制是形变强化铁素体相变,即多道次的累积大变形使组织内畸变能增大,铁素体形核点增多,促进铁素体快速析出,形成细小铁素体晶粒;后面几道次变形中,随着应变量继续增大,在铁素体晶粒内形成大量亚晶界,且亚晶界逐步累积扭转成大角度晶界,分割原来的粗大晶粒,发生铁素体连续动态再结晶细化。     

DP980双相热轧钢带状组织成因及控制

通过分析1 000 MPa级DP980铁素体马氏体双相钢带状组织、连铸坯宏观和显微组织偏析,研究了该钢种带状组织的成因及控制方法。结果表明,连铸坯中心较内部其他部位偏析严重,连铸坯的中心元素偏析与热轧带钢的中心带状偏析有对应关系;枝晶间显微偏析度与带状元素偏聚度有较好的正相关关系。随着道次增加及反向轧制,铸坯初始枝晶取向转变为与轧制方向一致。连铸过热度控制在20~25℃、拉速为1.2 m/min,同时应用铸坯轻压下技术,连铸坯宏观偏析可控制在C1.0以下,热轧带钢的带状组织可控制在1.5级以下。