摘要：在实验室分析了不同成分、不同控制轧制工艺生产的微合金高强度船板钢的晶粒大小，析出相的形貌、分布和组成，为制订该钢种的生产工艺提供了主要依据。

关键词：微合金高强度钢；船板钢；控制轧制；析出相

1前言

控轧控冷工艺具有节约能耗、简化生产工序、提高钢材综合力学性能等优点，所以国内外生产高强度船体结构用钢板均采用TMCP工艺。本文利用北京科技大学350ram二辊可逆式轧机，对某钢厂生产的E420和E460 2种微合金高强度船板钢的控轧控冷工艺进行了试验研究。

2  试验工艺

    试验用板坯取自某钢厂自行冶炼的钢坯，其化学成分见表1。钢坯表面经清扫后装入厢式加热炉，加热工艺为：加热段1200～1250℃，均热段1200～1230℃，出炉温度1150～1200℃。

  对每一种成分的钢坯均采用2种轧制工艺。工艺I：粗轧累计压下率26．2％，精轧累计压下率60．5％，粗轧3道，精轧9道；工艺Ⅱ：粗轧累计压下率51．5％，精轧累计压下率40．0％，粗轧6道，精轧6道。两种工艺的成品厚度均为30mm。轧制温度制度为：粗轧开轧温度≤1100℃、精轧开轧温度≤950℃、终轧温度~<850℃。轧后采用水幕层流冷却，冷却速度为10℃／s或20℃／s。

3   试验结果及分析

本试验由于受加热能力、轧机能力及冷却条件的限制，实际控制没有完全达到预期参数。总体上，加热温度、轧制温度及压下量控制较好，基本达到试验要求，但对冷却制度的控制较困难，与试验要求尚有差距。

成品钢板的金相组织如图1所示。由图l可见，在铁素体晶界和晶内有细小析出物，这是Nb、V、Ti等微合金元素的化合物，有些夹杂物尚需进一步确定。另外，还可得出以下2点：

(1)同种成分的试样，精轧压下量不同，得到的组织不同，精轧压下量越大，铁素体晶粒越细小，晶内及晶界处的析出物越多、越细，分布越均匀。

(2)析出物易在晶界形核，这是由于晶界的结构较紊乱、疏松，松弛应变能小，而且扩散激活能较低；而且，晶界处易富集杂质，因而增加了过饱和度。另外，晶界处析出相的形核和长大使邻近区域的溶质贫乏，易形成溶质贫乏区。

为进一步研究析出物的分布和密集程度，采用扫描电镜观察试样的金相组织，如图2所示。由图2可见，不同成分的试样在精轧压下量相同的情况下，含有V成分的试样其析出物较多，较细小，较均匀。图2a～图2d中析出物的尺寸分别为：50～200、50～200、30～50、50～1 50nm。

    在再结晶区和未再结晶区变形及变形后的驰豫过程中，微合金元素形成的碳氮化物会析出，从而增加形核量引起组织细化，并且当碳氮化物这些细小弥散的析出物可成为新相的形核核心，析出后，会引起其周围的基体贫碳，从而使奥氏体的稳定性降低，在以后的连续转变过程中，将有一定数量的粒状贝氏体或针状铁素体优先形核，后续生成的板条贝氏体将受到先期形成的组织限制而得到细化，同时在新相的生长过程中碳氮化物也可起到限制贝氏体组织长大的作用，从而引起贝氏体组织的细化。

由碳氮化铌、碳氮化钒与奥氏体之间的界面能可知，这些碳氮化物的形状基本为球形，而TiN容易在液相中形核、长大，一般为方形，见图3。在图3中，球形为Nb或V的碳氮化物，尺寸约为100nm，方形为Ti的碳氮化物，尺寸约为300nm。这是由于微合金元素碳、氮化物在钢中溶解度不同，固溶顺序由低到高是TiN<Nb(C，N)<TiC<VN<VC，可见TiN最难溶解，因而最先析出、且尺寸大也较稳定。

4  复合析出的分析与验证

 由于碳化物、氮化物的生成反应经常同时进行，生成的二元碳化物、氮化物又均为同一晶型，它们之间可以互相溶解形成多元复合化合物。同种元素的碳化物和氮化物可以互相溶解形成通常所说的碳氮化物，不同合金元素的碳氮化物互相溶解也可形成更为复杂的复合析出物。上田等人研究了碳氮化铌与碳氮化钒的复合析出，确认了这种复合析出物的存在，并认为，这是由于碳氮化铌先析出，而碳氮化钒以碳氮化铌为核心依附析出形成的。

    试验证明，成分I、工艺工钢的析出物相组成结构式主要为(Ti_0．432 V_0．129N b_0．382)(C_0．336N_0．664)和(Fe_0.960Mn_0．040)₃C；成分工、工艺Ⅱ钢的析出物相组成结构式主要为(Ti_0．432 V_0．129Nt)_0．382)(C_0．336 N_0.664)和(Fe_0．967Mn_0．033)₃C；成分Ⅱ、工艺I钢的析出物相组成结构式主要为(Ti_0．260Nb_0．704)  (C_0．286 N_0．714)和(Fe_0．959Mn_0．041)₃C；成分Ⅱ、工艺Ⅱ钢的析出物相组成结构式主要为(Ti_0．276Nb_0．710)(C_0.216N_0．784)和(Fe_0．970Mn_0．030)₃C_o由此可得出：

    (1)含V钢在两种工艺下均有碳氮化钒析出，但工艺I的析出较工艺Ⅱ少。从而可知，压下量抑制了V的化合物析出，但会促进。Nb和Ti化合物的析出。

    (2)不含V钢在两种工艺下的析出物基本上没有太大区别。

    (3)不含V钢的Nb的析出物较多，氮化物比碳化物多。因为Nb对N的结合力更大一些。

    (4)成分I、工艺I钢的铁的碳化物较工艺Ⅱ的多，但锰的碳化物较少。成分Ⅱ钢与其恰好相反。由此可知，V在其中起了重要作用。

5   结语

    在高强度船板钢的生产中应注意：

    (1)严格控制原料在炉内高温区的停留时间；最后3道次的总压下量应保证在3～4mm，末道次压下量不得小于0．5mm。

   (2)采用控轧工艺时，在未再结晶区的变形量应大于50％，以促进碳氮化物析出，有利于细小均匀组织的形成，并可改善拉伸、冲击等力学性能。

    (3)不同成分的试样在精轧压下量相同的情况下，含有V成分的试样析出物较多、较细小、较均匀。相同成分的试样，其精轧压下量越大，则析出物越多、越细小、越均匀。