變形溫度對鋼板混晶組織的影響分析

于爽

（山鋼股份濟南分公司技術(shù)中心，山東濟南250101）

試驗研究

變形溫度對鋼板混晶組織的影響分析

于爽

（山鋼股份濟南分公司技術(shù)中心，山東濟南250101）

針對鋼板混晶組織，通過試驗分析，研究不同變形溫度對鋼板組織的影響。結(jié)果表明，在變形量一定時，隨著變形溫度的提高，奧氏體再結(jié)晶分數(shù)增加，再結(jié)晶后的晶粒長大行為也很明顯。為避免軋制過程中出現(xiàn)混晶組織，軋制應(yīng)在完全再結(jié)晶區(qū)進行。

鋼板；混晶組織；變形溫度；變形率

1　前言

混晶組織是鋼材內(nèi)部缺陷之一，表現(xiàn)為金屬基體內(nèi)晶粒大小混雜，粗晶細晶混雜，細晶粒夾在粗晶粒之間，或表面為粗晶，中心為細晶，也可能相反。一般認為，混晶組織是鋼板內(nèi)部的缺陷組織，嚴重混晶會使鋼板強度降低，塑性和韌性變差［1］。本研究針對鋼板出現(xiàn)的混晶組織，通過試驗分析，探討在變形量一定時，變形溫度對鋼板組織的影響。

2　試驗材料及試驗方案

試驗材料為混晶組織鋼板，其化學成分見表1。

表1　試驗材料化學成分（質(zhì)量分數(shù)）%

在一定變形量下，觀察不同變形溫度下試樣的微觀組織，試驗方案如表2所示。

表2　試驗選取的工藝方案

3　試驗分析

3.1混晶組織形貌

為了研究中厚板產(chǎn)生混晶的原因，分別對混晶的試樣縱斷面（YZ面）、橫斷面（XZ面）和表面（XY面）進行磨制拋光，并用4%硝酸酒精溶液腐蝕后在光學顯微鏡下觀察，結(jié)果如圖1所示。

圖1　混晶鋼板試樣金相組織

由圖1可以看出，無論是試樣的橫斷面、縱斷面，還是表面，都存在著混晶現(xiàn)象，晶粒大小不一，尺寸相差很大（約1～1.5級），橫斷面和縱斷面還存在著較為嚴重的帶狀組織，縱斷面的帶狀組織更嚴重（見圖1a）。有些混晶缺陷在正火處理后有所改善，嚴重的混晶缺陷易與分層缺陷相伴發(fā)生。

3.2不同變形溫度對混晶組織的影響

為研究變形量一定時，變形溫度對混晶的影響，進行了階梯試樣軋制試驗：取鋼坯試樣，在連鑄坯斷面的1/4處取樣，刨床加工出階梯形試驗件。階梯形試樣5個厚度分別為24 mm、18 mm、14 mm、11 mm、8 mm。加熱溫度1 200℃，保溫30 min，設(shè)置輥縫為6 mm，熱軋1道次，對應(yīng)的變形量分別為75%、66.67%、57.14%、45.45%、25%。變形后的試樣立即淬水，然后將試樣縱向剖開，經(jīng)研磨，侵蝕后觀察一定變形量條件下，不同變形溫度的微觀組織。

1）變形率為25%時，不同變形溫度的微觀組織見圖2，晶粒度變化曲線見圖3。

由圖2、圖3可知，變形率為25%時，由于變形量較小，無論在什么溫度下軋制，奧氏體的晶粒度都較低（4～6級），而且晶粒的尺寸非常不均勻，混晶現(xiàn)象比較明顯，特別是在較低溫度（850℃）和較高溫度（1 150℃）軋制時，晶粒度級別較低，晶粒出現(xiàn)異常的粗大尺寸，混晶現(xiàn)象嚴重。

圖2　變形率25%時試驗鋼不同變形溫度的微觀組織

圖3　變形率25%時試驗鋼的晶粒度變化

初步分析認為：對于厚板軋制來說，由于變形量較小，變形不能深透，組織不能完全破碎，會出現(xiàn)混晶現(xiàn)象，且晶粒度較低；在850℃軋制時，溫度較低，塑性相對較差，加之變形不能深透，只有部分奧氏體晶粒變形后變細，但大多數(shù)晶粒沒有變形，故尺寸較大，混晶嚴重（見圖2d）；950～1150℃軋制時，塑性相對較好，參與變形的晶粒較多，晶粒相對均勻（見圖2b、圖2c）。另外，此溫度區(qū)間也是再結(jié)晶溫度區(qū)間，隨變形溫度的提高，變形的部位也會發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長大現(xiàn)象，在適宜的條件下會使晶粒趨于均勻。

隨變形溫度的提高，奧氏體再結(jié)晶的臨界變形量降低，如果溫度相對更高（1 150℃），變形后晶粒的再結(jié)晶現(xiàn)象會較為明顯，未變形的晶粒在高溫下也會長大，所以晶粒尺寸較大，且不均勻嚴重，晶粒度非常低。

2）變形率為45.45%時，不同變形溫度的微觀組織見圖4，晶粒度變化曲線見圖5。

圖4　變形率45.5%時試驗鋼不同變形溫度的微觀組織

圖5　變形率45.5%時試驗鋼的晶粒度變化

從圖4、圖5可以發(fā)現(xiàn)，當變形量達到45%左右時，在各個溫度下變形時的晶粒尺寸趨于均勻，混晶現(xiàn)象下降，只在局部區(qū)域有較大尺寸的晶粒，晶粒度也有所提高，達到（6.5～7.5級），而且隨著變形溫度的提高，晶粒度級別逐漸降低。主要原因是變形量增加時，變形的深透能力增加，加之較高溫度下的再結(jié)晶行為，使得粗大的奧氏體晶粒得以破碎，粗大晶粒減少，混晶現(xiàn)象減少，但隨著溫度的升高，再結(jié)晶分數(shù)增加，再結(jié)晶后晶粒長大行為也會很明顯。溫度越高，晶粒會長得越大，故高溫下的晶粒度級別相對小些。

3）變形率為66.67%時，不同變形溫度的微觀組織見圖6，晶粒度變化曲線見圖7。

當變形量達到67%左右時，晶粒變得更加均勻、細小，混晶完全消失。隨著溫度的增加晶粒度雖然變小，但已趨于平緩，說明變形已經(jīng)完全滲透，粗大的奧氏體晶粒完全破碎，加之奧氏體的再結(jié)晶行為，使得晶粒變得細小、均勻，混晶現(xiàn)象消失。

通過以上分析可知，在變形量一定時，隨變形溫度的升高，奧氏體再結(jié)晶分數(shù)增加，奧氏體再結(jié)晶的臨界變形量降低。為避免軋制過程中出現(xiàn)混晶組織，軋制應(yīng)在完全再結(jié)晶區(qū)進行，而且變形量應(yīng)保證變形應(yīng)能完全深透。

圖6　變形率66.67%時試驗鋼不同變形溫度的微觀組織

圖7　變形率66.67%時試驗鋼的晶粒度變化

4　結(jié)論

厚板如果在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)終軋，則通過回復再結(jié)晶可以得到均勻的奧氏體晶粒；如果是在奧氏體未再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)終軋，則奧氏體不能再結(jié)晶，晶粒被拉長，晶內(nèi)出現(xiàn)變形帶；但如果是在奧氏體未完全再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)終軋，則一部分奧氏體再結(jié)晶，一部分奧氏體未再結(jié)晶，從而出現(xiàn)混晶組織，晶粒大小不均。如果是在兩相區(qū)終軋，由于鐵素體和奧氏體的變形能力不同，也會產(chǎn)生大小不一的混晶組織。因此，控制好終軋溫度和終軋壓下率也是防止產(chǎn)生混晶組織的重要措施。

［1］王倩，姜敏鳳，馮勇，等.Q460C鋼板的混晶組織特征和成因探討［J］.山東冶金，2011，33（1）：34-35.

Abstrraacctt：The mixed grain structure of steel plate wax analyzed by experimental analysis，the effects of different deformation temperature on the microstructure of steel plate were studied.The results showed that at the certain amount of deformation，the percentage of austenite recrystallization was increased with increasing of the deformation temperature，and then the grain growth behavior will be very obvious.In order to avoid the mixed crystal structure，rolling should be carried out in the complete recrystallization region.

Key worrddss：steel plate；mixed grain structure；deformation temperature；deformation rate

Analysis of the Influence of Deformation Temperature on the Mixed Grain Structure of Steel Plate

YU Shuang
（The Technology Center of Jinan Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TG142.1

A

1004-4620（2016）03-0040-03

2016-04-18

于爽，女，1980年生，2003年畢業(yè)于鞍山科技大學金屬材料專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份濟南分公司技術(shù)中心工程師，從事產(chǎn)品開發(fā)工作。