鈮、釩、鈦微合金化鋼的組織和力學(xué)性能,除取決于合金化和微合金化制度之外,還取決于下列控軋控冷工藝參數(shù):鋼坯加熱溫度、軋制溫度、形變量、形變速率、終軋溫度、冷卻速度、終止加速冷卻溫度等。
1、鋼坯加熱溫度
在軋制前的加熱過(guò)程中,如果加熱溫度過(guò)高,則由于在晶界上的微合金元素碳氮化物溶解,阻礙晶粒長(zhǎng)大的作用消失,會(huì)使奧氏體晶粒急速地長(zhǎng)大,得到粗大的原始奧氏體晶粒。但是,對(duì)于主要采用控軋控冷設(shè)計(jì)的微合金鋼來(lái)說(shuō),即使原始奧氏體晶粒較粗大,通過(guò)隨后的軋制和冷卻的控制,可以得到細(xì)化組織。因此,加熱溫度的關(guān)鍵是保汪能夠有相當(dāng)數(shù)帑的微合金化元素溶解在奧氏體中,保證微合金元素形變誘導(dǎo)析出的數(shù)量、大小和分布。因此,奧氏體化溫度應(yīng)該在一個(gè)比較高的水平,以促進(jìn)微合金化元素在鋼中的溶解。
有研究指出,加熱溫度較低時(shí),盡管低的加熱溫度使更多的細(xì)小析出物被保留而未溶解,能有效地阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大,但由于減少了奧氏體中溶解的釩或鈮的含量,降低了冷卻后析出強(qiáng)化的潛能,所以鋼材的屆服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度下降。對(duì)于V-Ti-N徽合金鋼,加熱溫度從1250℃降至1100℃,屈服強(qiáng)度下降約40MPa,同時(shí)韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低約15℃。
2、軋制溫度
前面已經(jīng)介紹了典型控制軋制的三個(gè)不同的軋制溫度段及其組織變化。其中的不同成分鋼的各溫度點(diǎn)(如再結(jié)晶終止溫度TR及Ar3等)其實(shí)并不相同。鋼的再結(jié)晶區(qū)域通常是在約950℃以上的溫度范圍,但鈮的加入可使再結(jié)晶溫度提高100℃。
在高溫再結(jié)晶奧氏體區(qū)軋制時(shí),對(duì)加熱時(shí)粗化的初始晶粒反復(fù)進(jìn)行軋制一再結(jié)晶使之細(xì)化,以使相變后得到細(xì)小的a晶粒,但再結(jié)晶晶;占(xì)化而引起a晶粒細(xì)化的程度是有限的。相變前的晶粒直徑和相變后的a晶粒直徑之比稱(chēng)為轉(zhuǎn)換比。當(dāng)晶粒粗大時(shí),此比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1,即由1個(gè)晶粒可以產(chǎn)生幾個(gè)a晶粒;但當(dāng)相變前的品粒細(xì)小時(shí),該轉(zhuǎn)換比接近于1。因此要獲得極細(xì)的a晶粒,僅僅依靠軋制再結(jié)晶細(xì)化奧氏體晶粒是不夠的。
3、形變量
在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí),再結(jié)晶是否發(fā)生與形變量有關(guān),只有當(dāng)形變量超過(guò)臨界形變量時(shí),再結(jié)晶才能發(fā)生。
在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí),隨著形變量的增加,晶粒拉長(zhǎng)程度增大、形變帶的密度升高,相變時(shí)的鐵索體形核率越高,相變后得到的a晶粒越細(xì)小。在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行低溫的、大壓下形變軋制,是獲得超細(xì)鐵素體晶粒的較有效方法之一,特別是單道次大應(yīng)變量形變對(duì)鐵素體細(xì)化的效果更為顯著。但是鐵索體的晶粒達(dá)到幾微米級(jí)后,細(xì)化速度會(huì)趨緩。
4、形變速率
在各種報(bào)道的生產(chǎn)或試驗(yàn)工藝條件下,形變速率的變化對(duì)組織和性能的影響不明顯。
5、終軋溫度
奧氏體溫度區(qū)軋制時(shí),一般隨終軋溫度降低,晶粒細(xì)化,強(qiáng)度和韌性改善。但在兩相區(qū)軋制時(shí),隨終軋溫度的降低,強(qiáng)度提高;溫度過(guò)低則可能使形變硬化的先析出鐵索體得不到回復(fù),導(dǎo)致韌性下降。
6、終止加速冷卻溫度
對(duì)于要求軋后不同溫度區(qū)間里,采用不同的冷卻速度的鋼而言,終止加速冷卻溫度對(duì)鋼的強(qiáng)度和韌性有重要影響。在管線(xiàn)鋼的生產(chǎn)中,抗拉強(qiáng)度隨著終冷溫度的降低而單調(diào)增加,但是屈服強(qiáng)度和低溫韌性的變化與顯微組織和應(yīng)力一應(yīng)變曲線(xiàn)的變化關(guān)系較復(fù)雜。
7、冷卻速度
冷卻速度越快,通過(guò)相變溫度區(qū)的過(guò)冷度越大,將降低的相變溫度Ar3,提高鐵素體的形核速率并降低鐵素體晶粒的長(zhǎng)大速率,從而使鐵素體晶粒得到細(xì)化。而當(dāng)冷卻速度過(guò)快時(shí),晶牲雖然得到了細(xì)化,但是由于微合金碳氮化物析出量減少,因此強(qiáng)度不能得到大的提高。