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
在軋制前的加熱過程中,如果加熱溫度過高,則由于在晶界上的微合金元素碳氮化物溶解,阻礙晶粒長大的作用消失,會使奧氏體晶粒急速地長大,得到粗大的原始奧氏體晶粒。但是,對于主要采用控軋控冷設(shè)計的微合金鋼來說,即使原始奧氏體晶粒較粗大,通過隨后的軋制和冷卻的控制,可以得到細化組織。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)該在一個比較高的水平,以促進微合金化元素在鋼中的溶解。
有研究指出,加熱溫度較低時,盡管低的加熱溫度使更多的細小析出物被保留而未溶解,能有效地阻止奧氏體晶粒的長大,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化的潛能,所以鋼材的屆服強度和抗拉強度下降。對于V-Ti-N徽合金鋼,加熱溫度從1250℃降至1100℃,屈服強度下降約40MPa,同時韌脆轉(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(如再結(jié)晶終止溫度TR及Ar3等)其實并不相同。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,對加熱時粗化的初始晶粒反復(fù)進行軋制一再結(jié)晶使之細化,以使相變后得到細小的a晶粒,但再結(jié)晶晶;占毣餫晶粒細化的程度是有限的。相變前的晶粒直徑和相變后的a晶粒直徑之比稱為轉(zhuǎn)換比。當(dāng)晶粒粗大時,此比值遠遠大于1,即由1個晶?梢援a(chǎn)生幾個a晶粒;但當(dāng)相變前的品粒細小時,該轉(zhuǎn)換比接近于1。因此要獲得極細的a晶粒,僅僅依靠軋制再結(jié)晶細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,再結(jié)晶是否發(fā)生與形變量有關(guān),只有當(dāng)形變量超過臨界形變量時,再結(jié)晶才能發(fā)生。
在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制時,隨著形變量的增加,晶粒拉長程度增大、形變帶的密度升高,相變時的鐵索體形核率越高,相變后得到的a晶粒越細小。在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)進行低溫的、大壓下形變軋制,是獲得超細鐵素體晶粒的較有效方法之一,特別是單道次大應(yīng)變量形變對鐵素體細化的效果更為顯著。但是鐵索體的晶粒達到幾微米級后,細化速度會趨緩。
4、形變速率
在各種報道的生產(chǎn)或試驗工藝條件下,形變速率的變化對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,一般隨終軋溫度降低,晶粒細化,強度和韌性改善。但在兩相區(qū)軋制時,隨終軋溫度的降低,強度提高;溫度過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鋼的強度和韌性有重要影響。在管線鋼的生產(chǎn)中,抗拉強度隨著終冷溫度的降低而單調(diào)增加,但是屈服強度和低溫韌性的變化與顯微組織和應(yīng)力一應(yīng)變曲線的變化關(guān)系較復(fù)雜。
7、冷卻速度
冷卻速度越快,通過相變溫度區(qū)的過冷度越大,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大速率,從而使鐵素體晶粒得到細化。而當(dāng)冷卻速度過快時,晶牲雖然得到了細化,但是由于微合金碳氮化物析出量減少,因此強度不能得到大的提高。