终轧温度对 Ti 微合金强化钢力学性能的影响

文 亮 彭正波 白丽杨 孙夺亮

(马鞍山钢铁股份有限公司 马鞍山 243000)

摘 要：探讨了 Ti 微合金强化钢的强化方式及 Ti 的析出物在轧制过程中的析出情况，并结合生产实际，开展试验研究了终轧温度对 Ti 微合金强化钢力学性能的影响。结果表明在 850℃~910℃的终轧温度范围内，随着终轧温度的提高，钢材的强度升高，但冲击韧性下降。

关键词：Ti 微合金化；性能；终轧温度

EFFECT OF FINAL ROLLING TEMPERATURE ON MECHANICAL PROPERTIES OF TI MICROALLOY STRENGTHENED STEELWen Liang，Peng Zhengbo，Bai Liyang，Sun Duoliang(Maanshan Iron & Steel Company Limited，Maanshan 243000)ABSTRACT: The strengthening mode of Ti microalloyed steel and the precipitation of Ti precipitates during rolling were discussed, and the effect of finishing rolling temperatureon the mechanical properties of Ti microalloyed steel was studied. The results show that the strength of steel increases with the increase of finishing temperature, but the impact toughnessdecreases within the finishing rolling temperature range of 850 ~910℃。

Key words: Ti microalloying; properties; finishing rolling temperature传统的低合金高强度结构钢一般采用C、Mn元素的固溶强化作为主要强化手段，但近年来，随着微合金化技术的进步，采用Ti微合金化技术，以Ti的析出强化作为主要强化手段生产低合金高强度结构钢多有报道 [1-3] 。相比传统的C、Mn钢，以Ti的化合物产生细晶强化及析出强化作为强化手段的钢材不仅力学性能优越，且成本较低。但由于TiN析出物尺寸较大，相当于钢中的夹杂物，对钢的冲击韧性不利 [4][5] ，所以Ti合金强化钢的冲击韧性较低。文献 [6] 研究了卷取温度对钢材力学性能的影响，研究结果表明卷取温度对钢材的力学性能有较大的影响。而根据动力学分析，含Ti钢的终轧温度的设定对Ti的析出物的数量及大小同样有重要的影响，本文从实际生产的角度出发，以马钢生产的Q345B产品为例，研究终轧温度对Ti微合金化板材产品力学性能的影响。

1 试验材料与方法

试验材料为马钢某热轧厂生产的Q345B热轧板卷，厚度为11.5mm，试验钢的主要化学成分如表1所示

表1 试验钢的化学成分

1.1 试验钢的工艺流程

试验钢的生产工艺流程为：铁水预处理→转炉→吹氩站→精炼→连铸→加热→控制轧制→控制冷却→卷取。铁水预处理保证w[S]≤ 0.003%，连铸投用轻压下，中间包钢水过热度15~30℃。加热温度1230℃以上，卷取温度620℃。

1.2 试验内容和方法

试验为表1所示的化学成分组产的同一炉钢，不同的板坯采用不同的终轧温度、其它热轧工艺相同的三卷钢，轧制后的试验卷与尾部3米后取拉伸试样和冲击试样，试样的制取根据GB/T 228《金属材料室温拉伸试验方法》及GB/T 229《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》进行，试验钢的热轧工艺如表2所示。

表2 试验钢的工艺热轧工艺

2 试验结果

2.1 力学性能

如表3所示为同一炉钢、不同终轧温度、其它轧制工艺相同的力学性能。

由表3可以看出，终轧温度由850℃增加到890℃至910℃，钢材的强度依次增加，其中1#钢比3#屈服强度增加16Mpa，抗拉强度增加26Mpa，屈强比没有明显变化，延伸率降低5%。冲击韧性方面，20℃下，终轧温度由850℃提高到910，冲击值稍有下降，但在0℃及-20℃下，冲击韧性明显有降低的趋势，其中1#钢在0℃及-20不达标。可见，终轧温度对Ti强化钢的力学性能影响非常明显。

表3 不同终轧温度的试验钢的力学性能

2.2 组织

如图1所示，分别为1-3#试样的金相组织照片，1#组织为贝氏体+铁素体，2#、3#为珠光体+铁素体体，按照GB/T 6394《金属平均晶粒度测定方法》测定其晶粒度1#、2#为8.5级、3#为9级。没有明显的带状组织。

3 分析与讨论

3.1 Ti （C、N）的溶解及析出

在钛微合金强化钢种中，常见析出物随着温度的降低而先后析出的顺序为TiN→TiS→Ti 4 C 2 S 2 →TiC [8] ，析出物尺寸依次降低，其中TiN粒子属于高温析出物，在炼钢和连铸的过程中就开始析出，尺寸较大，达到微米级，对钢材的强度无贡献量，但较大的TiN粒子会对钢材的韧性造成不利的影响。在板坯加热时能有效抑制奥氏体晶粒长大，间接的通过细化晶粒的方式起作用。同时TiS及Ti 4 C 2 S 2 对强度的作用也不大。研究表明，通过控制纳米级TiC的析出可显著提高钢材的强度，且析出物的尺寸越小，所占体积分数越大，强化效果越明显。因此，如何调整热轧工艺使得TiC粒子充分析出并且控制其大小十分关键。

（a）1# （b）2# （c）3#

图1不同终轧温度的金相组织

TiC和TiN在一般碳锰钢奥氏体的溶解度关系为：

（1）

（2）

根据式（1），在加热温度1230℃时，可计算[Ti][N]的溶解度为6.12× 10 -7 ，非常小，因此热轧前TiN粒子基本已经全部析出。而加热温度1230℃时，由式（2），可算得TiC的全固溶温度约为1073℃。因此对于本文钢种在粗轧时，TiC可认为全固溶，TiC的析出主要发生在精轧及冷却过程中。且随着温度的降低，固溶度降低。

3.2 终轧温度对材料组织及析出物的影响

一般而言，对于普通的C、Mn固溶强化作为主要强化手段的钢种，终轧温度较低，将使精轧过程中钢材更多的处于奥氏体未再结晶区，从而使材料内部累积更多的形核能，及形成大量的变形带、亚晶、位错等晶体缺陷，这些缺陷在后续的相变中成为铁素体形核的核心，造成后续相变中材料内部大量形核，因而可以大幅度细化材料的晶粒，实现细晶强化，宏观上表现为材料的强度及韧性提高，所以3#钢的组织较1#、2#细，韧性较1#、2#好。

而对于本文所述主要以Ti的析出强化为主要强化手段的钢材，如3.1节所述，终轧温度对Ti的析出影响较大，将显著影响材料的力学性能，具体表现为：终轧温度较低，将使更多的TiC颗粒在精轧时奥氏体区析出，相比在铁素体析出，这种高温析出相较大，对强度贡献不大，而且导致在轧后冷却析出的TiC粒子不足，宏观上表现为强度较低。另外，高温终轧时，Ti固溶在奥氏体中，增加了过冷奥氏体的稳定性，因此在1#钢有贝氏体生成，而TiC颗粒的析出对钢材的韧性不利，所以，较高的温度终轧时，累积作用弱造成晶粒较粗及析出较颗粒的TiC相二者共同的作用造成钢材的韧性较差。

4 结论

1采用Ti微合金化成分体系通过适当的热轧工艺生产Q345B低合金高强钢具有可行性，各项理化指标符合相关技术标准及使用要求。

2 终轧温度对Ti合金强化钢的力学性能影响较大，在终轧温度850℃~910℃的范围内表现为终轧温度升高，强度指标上升，延伸率下降，韧性指标下降。■参考文献

[1]罗继峰,孟丽英.天铁Ti微合金化Q345B的生产实践[J].天津冶金,2013,6:1-4.

[2]刘川俊,潘钢.出口含钛Q345B钢的工业实践[J].柳钢科技,2016,22(04):29-31.

[3]霍向东,毛新平,李烈军等.薄板坯连铸连轧生产Ti微合金化钢的强化机理[J].钢铁,2007(10):64-67．

[4]Yan W,Shan Y Y,Yang K.Effect of TiN ineluaious on the impact toughness of low-car-bon mlcmalloyed steels [J]．Metallurgi-eal and Materials Transactions A,2006,37A:

2147-2152.

[5]史伟,赵江涛,孙彦百等.钛微合金化对Q345D钢冲击韧性影响的探讨[J].热处理技术与装备,2014,35(3):31-34.

[6]霍向东,毛新平,董锋.卷取温度对Ti微合金化高强钢力学性能的影响机理[J].北京科技大学学报,35（11）：1472-1477

[7]Jian Zhou,Yonglin Kang,Xinping Mao.Precipitation characteristic of high strengthsteels microalloyed with titanium produced by compact strip production[J] journal of uni-versity science and technology Beijing,2008,15(3):70~77.