2 形變誘導(dǎo)析出和中溫相變控制
在微合金鋼中，低碳(或超低碳)貝氏體(LCB)和針狀鐵素體(A．F)是兩類極有前景的鋼類。它在強(qiáng)度(σs≥400MPa)提高同時(shí)保持了高韌性(有些A．F鋼AK≥300J并達(dá)400J水平)，我們的工作表明在氫致應(yīng)力腐蝕條件下(西部開發(fā)用管線鋼)它比超細(xì)鐵素體(UFF)鋼有更高的耐應(yīng)力腐蝕能力。
這類鋼的超細(xì)化不是鐵素體晶粒細(xì)化(它不是α+P組織了)，而是充分運(yùn)用變形誘導(dǎo)析出(Deformation Induced Precipitation，DIP)和中溫相變控制。在LCB和A．F鋼類中微合金的碳、氮化物M(C．N)與基體相變和強(qiáng)化機(jī)制關(guān)系密切，它們部分在凝固析出(特別是與Ti有關(guān)的碳氮化物)，更多的(特別是Nb，V有關(guān)的碳氮化物)是在軋制中析出。考慮軋制后的基體再結(jié)晶和M(C．N)析出兩個(gè)過程的競爭性，這在圖5中顯示了二者的競爭性(用軋制--析出(脫溶)--溫度--時(shí)間圖分析，RPTT)。可以看出，M(C．N)的析出推遲了γ再結(jié)晶的發(fā)生，實(shí)質(zhì)上是析出的發(fā)生產(chǎn)生了未再結(jié)晶區(qū)軋制[5]。因此微合金鋼的TMCP實(shí)質(zhì)是未再結(jié)晶區(qū)軋制--析出--軋后冷卻控制的系統(tǒng)工程。
由于現(xiàn)代軋機(jī)的高速化，板帶(特別是薄板)的精軋階段高速化，使得M(C．N)的變形析出過程沒有完成，γ再結(jié)晶又沒有發(fā)生，使相變的基體(LCB或A．F)保留有高密度位錯，這也是針狀鐵素體和低碳貝氏體的組織特征之一。
如何在軋制階段使析出和位錯組態(tài)變化兩者朝提高材料性能方向控制?“973”的工作發(fā)展了位錯馳豫(Relaxation)--析出(Precipitation)--控制(Controlling)技術(shù)，即RPC技術(shù)。它是將熱軋后具有高密度位錯的組織狀態(tài)，經(jīng)過軋后在高溫階段適當(dāng)時(shí)間保持，讓高密度位錯在無外力條件下適當(dāng)馳豫，弛豫的位錯通過運(yùn)動及相互作用產(chǎn)生位錯胞狀結(jié)構(gòu)，通過胞壁的完整化，胞間取向差的加大及胞的尺寸變化使胞狀結(jié)構(gòu)發(fā)展，形成了超細(xì)化組織。同時(shí)高溫保持也讓析出M(C．N)過程充分發(fā)展，釘扎和穩(wěn)定化了胞狀結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生的超細(xì)組織，最終表現(xiàn)為板條數(shù)長度和板條數(shù)寬度都細(xì)化和短化。圖6是試驗(yàn)鋼(0.06％C—0.05％Nb—0.02％Ti)的工藝示意圖及組織細(xì)化結(jié)果。圖7是顯微組織(金相)和電鏡(TEM)觀察的結(jié)果，它們最終使得材料強(qiáng)度達(dá)到σs≈800MPa級水平［6］。
3 薄板坯連鑄連軋工藝中的超細(xì)化現(xiàn)象
近幾年來，薄板坯連鑄連軋(Thin-slab Casting and Rolling，TSCR)工藝在我國正蓬勃地發(fā)展。據(jù)報(bào)導(dǎo)[7]我國已建成7條近1000萬t／a能力的TSCR工藝路線。當(dāng)前應(yīng)加快發(fā)展適應(yīng)這一新流程的產(chǎn)品開發(fā)。
從材料學(xué)觀點(diǎn)看來，薄板坯連鑄連軋流程與傳統(tǒng)板帶流程有兩個(gè)明顯不同的特點(diǎn)。第一，它的凝固鑄坯薄。即它的凝固冷卻速度比傳統(tǒng)板坯快1—2個(gè)數(shù)量級，見圖8。
由于快速凝固，二次枝晶臂間距明顯縮短，最小臂間距可達(dá)亞微米級，因而在凝固過程中枝晶間析出的析出相(Al2O3，MnS，F(xiàn)exOy等)尺寸明顯細(xì)化，即液相在冷卻時(shí)由于過飽和和析出的
氧化物和硫化物呈現(xiàn)納米級大小的數(shù)量明顯增加，從珠江CSP取樣分析充分證明這一點(diǎn)。
第二個(gè)特點(diǎn)是它的直接軋制性。TSCR是連鑄坯在結(jié)晶器出口形成，通過二冷段、扇形段等必要冷卻和輸送等過程后，以大約1100℃狀態(tài)(表面溫度略低，心部高于1100℃)進(jìn)入均熱爐保溫后軋制。它沒有傳統(tǒng)板坯生產(chǎn)工藝，即軋后冷卻，發(fā)生γ－α+P相變，冷至約600℃后熱送至加熱爐，再逆相變(γ－α+P) － γ后軋制。因此TSCR是一高溫直接軋制過程。
如果鋼中硫、氧等含量較低(潔凈度較高)，[Mn][S]溶度積較低，就有可能出現(xiàn)MnS的形成，主要在固態(tài)(理論上若偏析不存在，液態(tài)不形成MnS)。圖10是Mn、S形成(析出)MnS與形成溫度的關(guān)系曲線，圖10中★為珠江鋼鐵公司主要產(chǎn)品(Q195)2002年1月63爐統(tǒng)計(jì)平均成分(％)：C 0.056，P 0.014，S 0.0052，Mn 0.37。證明多數(shù)應(yīng)在均熱段或軋機(jī)頭兩個(gè)機(jī)架析出。它不會像傳統(tǒng)板坯那樣，鑄坯冷卻時(shí)就已經(jīng)析出，即在軋制狀態(tài)前多數(shù)早已存在，在TSCR工藝中軋制前多數(shù)在均熱段尚未析出。
這種直接軋制和(MnS)的較低溫度固態(tài)析出，造成(MnS)形成納米級“夾雜物”。與此類似，[A1]、[N]形成(A1N)的溫度范圍也和直接軋制的后幾個(gè)道次吻合，它們都形成了納米相。另外，電爐鋼廠(例如珠江)由于廢鋼含銅較多(～0．2％Cu)也發(fā)現(xiàn)納米級的富銅相。至于軋制過程是否誘導(dǎo)或加速(MnS)，(A1N)和富銅相的析出，這一工作至今尚無最終結(jié)論。所有這些現(xiàn)象使奧氏體再結(jié)晶細(xì)化產(chǎn)生可能，即軋鋼過程中在機(jī)架間奧氏體反復(fù)再結(jié)晶時(shí)(動態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶)，這些納米相的存在阻礙了奧氏體晶粒的長大，也使最終產(chǎn)品鐵素體晶粒尺寸明顯減少，達(dá)到3～5／μm，見圖11和表l。最后，使產(chǎn)品在保證伸長率基本不變條件下，材料強(qiáng)度翻番。有分析認(rèn)為強(qiáng)度提高既含有納米相阻礙晶粒長大作用，又有納米相產(chǎn)生析出強(qiáng)度的作用。第一種作用已被實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明，表1就是示例。第二種作用還沒有嚴(yán)格的證明，因?yàn)槲龀鰪?qiáng)化應(yīng)是強(qiáng)度提高塑性下降，可是塑性指標(biāo)至今未發(fā)現(xiàn)明顯下降，這一觀點(diǎn)尚待更多工作加以證實(shí)。
——《中國金相分析網(wǎng)》
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