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转炉—CSP工艺V-N微合金钢的组织和性能研究

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文摘

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第一章文献综述

1.1引言

1.2 CSP概述

1.2.1马钢CSP线工艺简介

1.2.2 CSP的工艺特点

1.2.3 CSP的关键技术

1.2.4 CSP与传统轧制工艺的区别

1.3 CSP低碳钢生产技术—组织性能变化与强化机理

1.3.1 CSP低碳钢成分、组织、性能

1.3.2 CSP低碳钢的强化机理

1.4 CSP微合金化钢生产工艺—组织性能变化与强化机理

1.4.1微合金化原理

1.4.2微合金化对组织和性能影响

1.4.3 CSP技术V-N微合金化强化机理

1.4.4 CSP轧制过程中V-N微合金化的优点

1.4.5 CSP工艺V-N微合金钢高强度的成分设计原则

1.5国内外CSP产品应用现状及趋势

1.5.1 CSP的应用现状和发展趋势

1.5.2 V-N微合金化在CSP线上的应用的国内外发展现状

1.5.3 CSP技术尚需要进一步研究的问题

1.6研究内容、试验方案与技术路线

1.6.1选题依据

1.6.2论文目标

1.6.3技术路线

1.6.4课题研究的难点

1.6.5论文的主要创新点与意义

第二章转炉-CSP工艺SPHC组织性能及强化机理研究

2.1引言

2.2 CSP工艺SPHC与常规热轧工艺SPHC性能比较

2.3 CSP工艺SPHC与常规热轧工艺SPHC理论屈服强度计算

2.3.1铁素体/珠光体碳锰钢理论屈服强度计算公式

2.3.2常规热轧工艺SPHC的理论屈服强度计算结果

2.3.3 CSP工艺SPHC钢的理论屈服强度计算结果

2.4 CSP工艺的SPHC钢的强化机制

2.5小结

第三章转炉-CSP工艺V-N微合金化钢组织性能研究与强化机理

3.1引言

3.2 V-N微合金细晶粒高强钢的实验室研究

3.2.1 V-N微合金实验钢的熔炼及化学成分

3.2.2试验钢的轧制工艺

3.2.3试验铸坯组织

3.2.4 V-N微合金试验钢的内部组织分析

3.2.5试验钢的力学性能及断口分析

3.3 CSP开发V-N微合金高强钢研究

3.3.1 Q345D钢的成分设计及其实际控制情况

3.3.2 Q345D的CSP轧制工艺

3.3.3 CSP生产的Q345D钢的组织

3.3.4 Q345D钢的性能

3.4 V-N微合金钢组织性能分析与强化机理研究

3.4.1 V-N微合金钢组织性能分析

3.4.2 V-N微合金钢组织强化机理研究

3.5小结

第四章转炉-CSP工艺SPHC钢组织演变规律及V-N微合金化沉淀析出行为研究

4.1引言

4.2普通低碳钢奥氏体细化与均匀化规律

4.2.1组织演变模型

4.3 CSP低碳V-N钢热轧过程中奥氏体细化与均匀化规律

4.3.1 CSP低碳V-N钢轧制和冷却过程中奥氏体细化和均匀化

4.3.2 CSP轧制过程中低碳钢与低碳V-N微合金化钢组织变化规律对比

4.4马钢转炉-CSP工艺V-N在低碳微合金钢奥氏体中溶解析出行为

4.4.1 V(C,N)的平衡析出温度

4.4.2 V(C,N)的静态析出

4.4.3 V(C,N)的动态析出

4.4.4 CSP热轧过程中V(C,N)的析出可能性分析

4.5 小结

第五章结论

参考文献

在学研究成果

致谢

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摘要

自上世纪九十年代以来,电炉薄板坯连铸连轧工艺在世界各地得到快速发展,各国学者在电炉薄板坯连铸连轧工艺及其对产品的组织、性能的影响方面开展了广泛而深入的研究。本世纪初,随着转炉一薄板坯连铸连轧流程在中国的快速发展,尤其是转炉-CSP-冷轧新流程在中国的出现,转炉-CSP成分工艺特点及冷轧产品对热轧卷性能要求等新问题需要研究。例如,转炉与电炉在残余元素、气体含量上的不同对CSP产品的组织性能产生了影响;冷轧基料希望CSP热轧板强度低些,而CSP热轧板却存在细晶高强的特点。这些问题的研究对转炉-CSP流程的热轧和冷轧产品开发和组织性能控制具有重要意义,而在这些方面目前国内外尚未开展系统研究。 本论文首先对转炉-CSP工艺、电炉-CSP工艺、常规热轧工艺生产的普通低碳钢SPHC(以下简称SPHC钢)的性能进行了对比,研究了转炉-CSP工艺SPHC的强化机理,并对SPHC钢中的位错、第二相粒子的强化机理进行了分析;在此基础上对V-N微合金化高强度钢Q345D的组织性能和强化机理进行了研究;最后利用轧卡试验和形变再结晶的集成模型对低碳钢奥氏体细化、均匀化和组织演变规律进行了研究,并运用热模拟实验(应力松弛法)研究了V-N在低碳微合金钢奥氏体中的溶解析出行为。主要研究结论如下: 转炉-CSP工艺SPHC钢的强化机制主要是细晶强化,细晶强化量为152.4MPa,占总强度的49.8%;其次是位错强化与沉淀强化,两者之和为40MPa,占总强度的13.1%。SPHC钢中存在三种尺寸级别的第二相粒子,即纳米级、亚微米级和微米级粒子,纳米级粒子的沉淀强化和位错强化是CSP生产的SPHC钢强度比常规流程生产的SPHC钢强度高的主要原因。 实验工厂试验的V-N微合金钢的铁素体晶粒尺寸为4.49μm,实现了晶粒细化;马钢转炉-CSP生产线在试验钢成分基础上适当降低V、N含量,开发出了Q345D钢,其铁素体晶粒的平均尺寸为4.78μm,实现了晶粒细化;Q345D钢的屈服强度为420~480 MPa,抗拉强度为480~560 MPa,延伸率为25~31%。CSP工艺Q345D钢的强化机理主要是细晶强化和位错强化+沉淀强化,其中细晶强化达213MPa,位错强化+沉淀强化达97 MPa,Q345D钢中V(C,N)的析出强化为57 MPa。 SPHC钢轧卡试验和形变再结晶的集成模型研究表明:F1后铸态树枝晶组织特征消失,F4后组织基本均匀化,晶粒细化主要发生在F1~F4。F1~F4发生部分动态再结晶(原始晶粒直径越小,动态再结晶分数越大); F4之前,道次间发生完全亚动态再结晶;F4之后,道次间发生完全静态再结晶:CSP轧制道次间无应变积累;F1~F4轧制亚动态再结晶是组织细化和均匀化的主要机制。 低碳钒氮微合金钢中V(C,N)在奥氏体中的析出等温PTT曲线是典型的“C”形状,鼻点温度约为870℃;随着氮含量的增加,V(C,N)在奥氏体中的析出驱动力急剧增大,PTT曲线向左移动;增加形变量,加速V(C,N)在奥氏体中的析出,使动态PTT曲线向左移动;同氮含量相比,形变的影响较小,对于低碳V、N微合金钢,CSP热轧过程中轧制变形时间短,远小于V(C,N)析出的“鼻点孕育期”,V(C,N)难以动态析出。

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