刘 莹,骆春民 (天津钢铁集团有限公司,天津 300000)

摘 要:为提升4 控冷工艺模拟试验。 5 通 钢 过 轧 单 后 道 组 次 织 模 的 拟 均 轧 匀 制 性 试 和 验 综 , 合 研 力 究 学性能,利用热模拟试验机对45钢进行控轧 45钢轧制过程中的动态再结晶行为,确定临 界点及相变点,绘制试验钢的动态再结晶图及过冷奥氏体连续冷却转变曲线,完成45钢控轧控冷 工艺窗口设计,为45钢控轧控冷工艺的制定提供可靠的理论依据。

关键词:45钢;控轧控冷;热模拟试验;动态再结晶;相变点 中图分类号:TG115.5;TB31 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)12-0001-03

经过轧制的板材会出现组织异常或不均匀,造 成其综合力学性能不稳定,给钢板的后续使用带来 不利影响。为了减小产品组织不均匀性带来的影 响,笔者利用热模拟试验机对45钢钢板进行控轧控 冷工艺模拟试验,通过单道次模拟轧制,研究了45 钢轧制过程中的动态再结晶行为,分析了应力-应变 曲线特征参数,建立和绘制了45钢的动态再结晶 图;同时研究了45钢的临界点及相变点,结合显微 组织分析,绘制出45钢的过冷奥氏体连续冷却转变 (CCT)曲线[1-3]。根据试验数据,完成了45钢控轧 控冷工艺窗口设计,为45钢控轧控冷工艺的制定提 供了可靠的理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

选取某批次30mm 厚的45钢热轧钢板,其化学 成 分 如 表 1 所 示。 将 该 钢 板 加 工 成 尺 寸 为 10mm×15mm(外径×长度)的圆柱形试样,对其进 行再 结 晶 试 验;再 将 钢 板 加 工 成 尺 寸 为 6 mm× 85mm(外径×长度)的圆柱形试样,绘制CCT曲线。

1.2 试验方法

1.2.1 动态再结晶

通过单道次压缩变形试验,研究45钢变形奥氏体的动态再结晶行为,得到流变应力曲线,具体工艺 为:将试样以5℃/s的升温速率加热到1200℃,保 温3 min,再 以 5 ℃/s 的 降 温 速 率 分 别 冷 却 到 1150,1100,1050,1000,950,900,850,800 ℃,经 30s短时均温后,再分别以0.1,1s -1 的应变速率进 行热压缩变形,变形量均为60%,变形后立即淬火, 保留变形后组织。 通过模拟试验分析应力-应变曲线特征参数,观 察试样形变奥氏体动态再结晶的晶粒形态,建立试 验钢的动态再结晶图,研究试验钢动态再结晶行为 的发生条件和演化过程。

1.2.2 45钢临界点及 CCT 曲线的绘制

利用膨胀法研究45钢的临界点,具体工艺为: 以5 ℃/s的升温速率将试样加热到 500 ℃,再以 200 ℃/h的升温速率 将 试 样 加 热 到 980 ℃,保 温 15min,以200 ℃/h的降温速率冷却试样。记录热 膨胀曲线拐点,确定45钢的 Ac1(加热时珠光体向 奥氏体转变的温度)、Ac3(加热时转变为奥氏体的终 了温度)、Ar3 (冷 却 时 铁 素 体 转 变 的 开 始 温 度)和 Ar1(冷却时奥氏体向珠光体转变的温度)。 结合金相检验,绘制 45 钢的静态 CCT 曲线。 选取不同的降温速率(0.5,1,2,3,5,7,10,15,20, 30,50 ℃/s)进行试验。

2 试验结果及分析

2.1 45钢单道次压缩流变应力曲线 对单道次压缩时的应力-应变曲线进行分析,不 同变形温度和应变速率下45钢单道次压缩变形的 应力-应变曲线如图1所示。

在满足低变形温度和高应变速率条件时,45钢 的应力-应变曲线呈现动态回复特征。当变形温度 上升且应变速率下降时,应力-应变曲线的动态再结 晶趋势增强。 随着变形温度的降低,当应变速率增加时,应力 峰值随之上升,动态再结晶变得困难。当变形温度 过低或应变速率过大时,应力-应变曲线已经没有明 显的动态再结晶趋势,表现为加工硬化或动态回复 特征。 当应变量相同时,随着变形温度的升高和应变 速率的降低,流变应力呈下降趋势;当变形温度相同 时,随着变形速率的增大,应力峰值向着应变增大的 方向移动;当变形速率相同时,随变形温度的升高, 应力峰值及应变都有减小的趋势。 不同试验条件下应力-应变曲线的对比,证明了 动态再结晶是一个热激活过程,即变形温度越高,材 料越容易发生动态再结晶。 试验结果表明:试样在满足变形温度高、变形速 率低、变形量较大的条件下,材料在高温条件下的形 变是软化行为,由于温度较高,材料内部受力产生的 位错和恢复过程中亚结构位错的密度都减少了,在 该条件下,动态再结晶更易发生。

2.2 45钢的动态再结晶图

根据单道次压缩时的应力-应变曲线,建立 45 钢的动态再结晶图(见图2),当达到一定的应变,再 结晶才会发生[4]。在满足再结晶发生的前提下,随 着温度的增大,需要的应变随之减小。根据动态再 结晶试验结果,对工艺进行调整,使45钢在粗轧阶 段完成再结晶,在精轧阶段避免发生再结晶,在全过 程避免发生部分再结晶,以免得到混晶组织。

2.3 静态 CCT曲线

45钢的相变转变温度如表 2 所示(A 为奥氏 体,F为铁素体,P为珠光体,B为贝氏体,M 为马氏 体),CCT 曲线如图3所示。

在45钢的 CCT 曲线上,相变区域为铁素体区、 珠光体区、贝氏体区、马氏体区。在冷却速率大于 5 ℃/s时,有贝氏体相转变[见图4a)],在较大的冷 却速率下,如冷却速率大于50 ℃/s时,有马氏体相 转变[5][见图4b)]。

从 CCT 曲线可以看出,过冷奥氏体连续冷却速 率不同,发生的转变及组织也不同。当冷却速率很 小时,发生转变的开始温度和结束温度都很高,随着 冷却速率的增大,转变温度降低,转变经历的温度区 间随着冷却速率的增大而增大。

3 结论

根据热模拟试验结果可知,45钢控轧控冷的工 艺窗口设计为:开轧温度不小于1050 ℃,中间坯厚 度为90mm,轧制道次为7~9,道次间隔时间不小于10s,轧制速率为1m/s;开轧温度为880~900℃,头 三道次间隔时间不大于10s,轧制道次为7~9,末三 道次总压下率不小于30%,成品道次压下率不小于 8%,轧制速率为3m/s,终轧温度为780~810 ℃;终 冷温度为670~700℃,冷却速率小于5℃/s。 对45钢钢板的控轧控冷工艺进行热模拟研究,可 为实际轧制45钢控轧控冷工艺的制定提供可靠的理 论依据,提高了45钢的力学性能,提升了经济效益。

来源：材料与测试网