普通碳素钢超细晶临界奥氏体控轧工艺研究

通过在Gleeble-2000热变形模拟机上模拟实验,研究了低温变形条件下的工艺参数对普通低碳钢Q235获得微米级超细晶组织影响规律。利用实验研究结果在型钢轧机上轧出晶粒尺寸约为5μm的400MPa级钢筋,研究表明对于低碳钢Q235利用形变诱导铁素体和铁素体动态再结晶机制在Ae3-Ar3℃附近的临界（亚稳）奥氏体温度范围内变形,可以获得4－6μm等轴均匀的超细晶铁素体。     

淬火冷却速度对碳素钢显微组织的影响

在Gleeble2000热模拟实验机上对普通碳素钢Q235进行了不同温度的单道次变形实验，对变形后的试样采用三种不同的介质以不同冷却速度进行淬火，分别为水、-60℃的干冰酒精溶液和含50％NaCl的冰盐水。实验结果表明，不同冷却速度对淬火后的组织状态影响很大。在冰盐水中淬火，钢的淬透性较高，变形后原始奥氏体状态基本上得到保留。在干冰酒精中淬火钢的淬透性最差。     

普通C-Mn钢超细晶中厚板的带状组织

采用Gleeble2000热模拟试验机研究了普通C-Mn钢的再结晶规律，在实验室轧机上进行了C-Mn钢超细晶中板的轧制，并且在首钢中厚板厂工业轧机上进行了超细晶中厚板的工业试制，研究了工艺条件对中厚板带状组织的影响，分析了带状组织产生的机理。研究结果表明，在靠近静态相变温度Ar3附近的未再结晶区进行大变形量轧制(形变诱导相变)，不仅可以使板材的铁素体晶粒细化甚至获得超细晶组织，而且普通C-Mn钢中厚板中的带状组织减轻1～2级；降低精轧开轧温度有利于减轻板材的带状组织；在未再结晶区控轧有利于减轻板材的带状组织；随着未再结晶区形变量增加，板材的带状组织减弱。     

Q235碳素钢超细铁素体在奥氏体内的形核

利用扫描电镜观察了Q235碳素钢形变强化相变过程中超细铁素体在奥氏体内部的形核;使用背散射电子衍射(EBSD)技术分析了析出的铁素体取向.结果表明,随内、外界条件不同,奥氏体内有两类典型的铁素体形核地点:形变带及奥氏体晶界附近的形变不均匀区原始奥氏体晶粒尺寸的增加,形变温度的降低有利于铁素体的形变带形核.在A₃-A_r3的超细铁素体最佳形成温度区间,靠近A₃形变可使铁素体及第2组织均匀分布.形变带形核造成带状分布的铁素体及第2相,不仅形貌上出现方向性,铁素体取向也出现择优.     

形变诱导铁素体逆相变过程中的组织及取向变化

 通过对普碳钢Q235在Gleeble1500热模拟机上变形后的微观组织分析,研究了组织中形变诱导的铁素体在变形后保温阶段转变为奥氏体的逆相变现象;并利用背散射电子衍射(EBSD)技术分析了晶粒取向变化。结果表明,在变形后的保温过程中,形变诱导的铁素体先逆相变为奥氏体,同时伴随着诱导铁素体晶粒的长大;然后随着变形后保温时间的延长,逆相变后的奥氏体由马氏体相变逐渐过渡到铁素体的平衡转变,相应地铁素体由具有少量亚结构的形变诱导铁素体逐渐转变为具有较多亚结构的先共析铁素体。     

表层超细晶厚钢板的研制

采用一种特定的控轧控冷技术,在中厚板实验轧机上制备了具有表层超细组织的厚钢板.钢坯在较低温度(1 150℃)奥氏体化.钢坯经过第一阶段变形后,钢板表层加速冷却至B.点以下.厚板中心具有较高温度,使钢板表层回温至两相区,钢板表层重新奥氏体化.由于回温温度较低,以及由于微合金元素形成的碳氮化物对奥氏体晶界的钉扎作用,因此同温形成的奥氏体晶粒细小.回温后在相变点附近进行第二阶段变形,钢板表层发生形变诱导铁素体相变,形成了超细的铁索体晶粒.第二阶段变形以后以lO℃/s的冷却速度冷却到450～550℃,钢板中心的组织为较为粗大的铁索体和珠光体组织.     

变形速率对普碳钢中形变诱导铁素体相变的影响

针对普通碳素钢(Q235类型),研究在Ae3～Ar3温度区间内采用形变诱导铁素体机制获得超细晶铁素体的数量与变形速率的相互关系。实验在Gleeble 1500热模拟实验机上进行。实验方案为：1000℃保温2min,以10℃／s的速度冷却到变形温度[Ae3(840℃)至Ar3(780℃)],变形量为30％～50％,变形后立即水淬。结果表明,在840℃变形时,随着变形速率的增大,形变诱导铁素体量增多;在780℃变形时,随着变形速率的增大,形变诱导铁素体量减少;而在840-780℃之间变形时,变形速率存在最佳值,在该值下诱导生成的铁素体量最大。     

超细晶钢关键技术

概述了国内外超细晶钢的发展情况。系统分析了晶粒细化对钢铁材料综合性能的影响。介绍了微合金化、磁场或电场处理、热处理、形变诱导相变、大塑性变形、新型机械控制轧制技术等晶粒细化的关键技术,并指出了超细晶钢在生产及应用中存在的问题。     

低碳钢中超细铁素体的长大倾向

在热模拟单向压缩条件下考察了四个不同C,Mn含量的低碳钢中通过形变强化相变产生的超细铁素体在模拟卷取温度下的长大倾向.结果表明,不同C,Mn含量的四种钢中的超细铁素体在-500℃的保温0～10min过程中都很稳定,没有明显的长大过程,也未明显观察到铁素体的静态再结晶.超细铁素体稳定的主要原因是由于稳定的第二组织（珠光体或渗碳体颗粒）的有效钉扎,它既阻止了铁素体的明显长大,也抑制其静态再结晶的充分进行.但不同C,Mn含量的四种钢中的第二组织有不同的演变规律,保温过程中形变奥氏体内形成离异珠光体并缓慢粗化.另外,利用背散射电子衍射取向成像技术还测定了08钢保温过程中的取向（差）变化.     

轧制-退火工艺制备超细晶D6 A钢的微观组织与织构

对D6 A钢热轧板进行了两相区轧制及退火处理,获得超细晶 D6 A 合金钢样品,微观结构特征为纳米尺寸的球粒状渗碳体弥散分布于亚微米尺寸的铁素体组织中.实验结果表明：随着退火温度由550℃升高至650℃,铁素体晶粒被拉长现象逐渐减弱直至消失,晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势,在550℃时达到最小尺寸400 nm;同时渗碳体尺寸逐渐由70增加至140 nm,其质量分数分数由9.6％降低至3.6％;随着退火温度升高,实验钢沿α和γ取向线分布的{112}＜110＞、{111}＜112＞和{001}＜110＞织构强度逐渐减弱,600℃退火后消失,{110}＜001＞与{112}＜111＞织构逐渐增强,硬度随退火温度升高由472 HV逐渐减小至423 HV.细晶强化、纳米尺寸渗碳体的析出强化,以及织构强化的共同作用是超细晶D6 A钢的主要强化机制.     

超细晶粒钢的制备原理及技术

 介绍了国内外超细晶粒钢的发展情况;阐述了晶粒细化对钢铁材料综合性能的影响,从微合金化、形变诱导相变、热处理和新型机械控制轧制技术及磁场或电场处理等方面介绍了获得细化晶粒钢的关键技术,最后从实际应用角度出发,提出了超细晶粒钢生产及应用中存在的问题。     

不同马氏体体积分数双相钢的显微组织变化特征

采用光学显微镜表征了双相钢中不同马氏体体积分数情况下的组织特征,观察结果表明：低马氏体体积分数情况下,马氏体完全呈岛状或者颗粒状;随着马氏体体积分数的增加,组织中出现光学可见的板条马氏体,但颗粒状马氏体岛数量减少;当马氏体体积分数进一步增加,板条马氏体成为主导相,颗粒状马氏体岛几乎消失。结合热力学分析可知,马氏体量增加导致马氏体内部C、Mn含量的减少,这是马氏体形态变化的可能原因之一。     

超细化低碳贝氏体钢焊接性能的研究

针对超细化低碳贝氏体钢,采用裂纹敏感性指数Pcm、斜Y坡口接头裂纹率和模拟粗晶热影响区(CGHAZ)的硬度等参数评价了焊接冷裂纹倾向,研究了不同线能量下模拟CGHAZ和气体保护焊(MIG)接头的组织结构和力学性能.实验结果表明:钢的焊接淬硬倾向低,预热温度50℃以上可完全避免焊接冷裂纹产生;采用14～25 kJ/cm的小线能量焊接时,CGHAZ由原奥氏体晶内不同位向的贝氏体铁素体板条束和少量粒状组织构成,具有较高的抗冲击脆断性;与YS800焊丝配套的气体保护焊接头力学性能优异.     

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.     

Q235碳素钢多道次热变形中的组织演变及性能

利用热模拟压缩变形实验研究了Q235碳素钢多道次热变形及后续处理过程的组织演变规律.结果表明,采用高温奥氏体的形变再结晶及过冷奥氏体的形变强化相变,可以使Q235低碳钢的铁素体晶粒细化至4-5μm,材料的屈服强度达到400MPa级,延伸率达到40%.经适当的后续处理后,渗碳体、珠光体等第二组织弥散分布于细晶铁素体晶界上,使Q235低碳钢在保持细晶钢原有强度级别和塑性的基础上,屈强比有效降低.     

表层超细晶粒普碳钢中厚板的工业试制

以充分挖掘材料潜力提高中厚板质量为目标,开展了普碳钢中厚板表层组织超细化轧制工艺研究.单向压缩热模拟试验结果表明,在适当条件下,化学成分为w(C)0.16%、w(Si)0.19%、w(Mn)0.56%的普碳钢,可发生形变诱导奥氏体-铁素体相变并获得超细晶粒铁素体.实验室轧制9 mm钢板的铁素体晶粒度达到11级(约7μm),与热模拟试验的结果相一致,屈服强度达到350 MPa.在首钢3 500 mm轧机上,采用化学成分为w(C)0.13%～0.16%、w(Si)0.20%～0.25%、w(Mn)0.5%～0.7%、w(P)0.01%～0.02%、w(S)0.005%～0.010%的连铸坯进行工业试制.28 mm厚钢板的表层铁素体晶粒度达到12级,屈服强度达到310～321 MPa,抗拉强度达到440～450 MPa,同时保持34%左右的伸长率.     

超细晶钢理论及技术进展

叙述了由国家973项目:“新一代钢铁材料的重大基础研究”所开展的超细晶钢理论及技术进展。形变相变耦合、纳米析出相引起超细晶以及机械制造用钢的超细晶热处理是3 个主要手段。相应的组织性能预报、细晶钢的焊接及化学冶金高洁净、凝固均质化及细化是制造和应用的关键技术。     

变形晶界对低碳钢显微组织的影响

对不同温度下变形和变形后再加热到奥氏体区的低碳钢SS400的显微组织进行了研究，结果表明：变形使奥氏体和铁素体晶界呈锯齿状，锯齿状的奥氏体晶界优先成为铁素体的形核位置，锯齿状的铁素体晶界有利于铁素体再结晶核心的形成。     

应变诱发铁素体相变对低碳钢晶粒细化的影响

研究了在奥氏体低温区变形时显微组织的变化,并测试了其变形抗力。结果表明：在Ar3以上温度变形会产生应变诱发铁素体相变,使变形抗力下降。通过降低变形温度,铁素体晶粒得到细化。     

Dry Sliding Oxidative Wear in Plain Carbon Dual Phase Steel

 To investigate the tribological potential of the dual phase (DP) steel as a wear resistant material, the wear and the friction characteristics of this steel, which consists of hard martensite islands embedded in a ductile ferrite matrix, have been investigated and compared with those observed in plain carbon hardened (H) steel that has the same carbon content of 02%. Dry sliding wear tests have been carried out using a pin on disk wear testing machine at different normal loads of 213 N, 285 N, 357 N, and 426 N and at a constant sliding velocity of 120 m/s. The analysis of surface and wear debris of samples showed that the wear mechanism was mainly mild oxidative. The friction and the wear rate of the H steel and the DP steel have been explained with respect to the microstructure and the wear mechanism.