鋼鐵熱處理技術(shù)及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

王忠英

鋼鐵研究總院華東分院

2015年11月14日整合資源實(shí)現(xiàn)共贏協(xié)同創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展1鋼鐵熱處理技術(shù)及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

目錄一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求二、影響鋼鐵材料質(zhì)量的主要因素三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序?qū)|(zhì)量的影響四、鋼的主要熱處理工藝及效果五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute2目錄一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求鋼鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求

——總體要求

高性能－高強(qiáng)度、高韌性、長(zhǎng)壽命高內(nèi)部質(zhì)量－高潔凈度、高均勻度、超細(xì)晶粒、夾雜物控制高表面質(zhì)量－表面無(wú)缺陷、高尺寸精度和光潔度多品種－鋼種和材型3500多種碳素鋼和合金鋼板、管、絲、帶、棒、鍛材低成本－降低合金含量和工藝操作成本降低能源消耗和金屬消耗微合金化－改善組織和性能綠色環(huán)保－易于回收和利用、可持續(xù)發(fā)展以鐵為基，其它元素應(yīng)無(wú)污染、可回收3鋼鐵研究總院華東分院一1、窄化學(xué)成分2、高潔凈度3、高均勻性4、組織可控5、高尺寸精度6、高表面質(zhì)量鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求

——對(duì)冶金質(zhì)量的要求

4鋼鐵研究總院華東分院一

1、力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、韌性2、服役性能：疲勞、延遲斷裂、蠕變、持久、腐蝕3、工藝性能：冷熱加工性能鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求

——對(duì)性能的要求

5鋼鐵研究總院華東分

1、生產(chǎn)過(guò)程中穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性回收2、加工過(guò)程中穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性回收3、應(yīng)用過(guò)程中穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性回收鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求

——對(duì)環(huán)境友好的要求

6鋼鐵研究總院華東1、生產(chǎn)過(guò)程的低成本

2、加工過(guò)程的低成本

3、應(yīng)用過(guò)程的低成本鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求

——對(duì)低成本的要求

71、生產(chǎn)過(guò)程的低成本鋼鐵研究總院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求

——鋼的昨天、今天和明天

8鋼鐵研究總院華東分院一在鋼鐵材料基礎(chǔ)理論研究和工藝技術(shù)裝備發(fā)展的基礎(chǔ)上，為了滿足不斷增長(zhǎng)的需要，新型鋼鐵材料層出不窮。鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

一、先進(jìn)鋼鐵材料的要求

——典型的先進(jìn)鋼鐵材料種類類別新型鋼鐵代表類型碳素結(jié)構(gòu)鋼細(xì)晶粒鋼、超細(xì)晶粒鋼高強(qiáng)度低合金鋼雙相鋼、超深沖IF鋼、高強(qiáng)度IF鋼、TRIP鋼、耐候鋼合金結(jié)構(gòu)鋼微合金非調(diào)質(zhì)鋼、耐延遲斷裂螺栓鋼、長(zhǎng)壽命齒輪鋼等超高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度高韌性的馬氏體時(shí)效鋼、低合金超高強(qiáng)度鋼不銹耐蝕鋼耐苛刻介質(zhì)腐蝕不銹鋼、鐵素體時(shí)效不銹鋼、馬氏體時(shí)效不銹鋼耐熱鋼超超臨界機(jī)組用鐵素體耐熱鋼軸承鋼超高潔凈度高碳鉻軸承鋼、控制淬透性軸承鋼、耐壞境作用軸承鋼工模具鋼不變形模具鋼、易切削模具鋼、防震模具鋼、少偏析/無(wú)偏析高速鋼9在鋼鐵材料基礎(chǔ)理論研究和工藝技術(shù)

鋼的性能決定于其組織形態(tài)，而組織則決定于化學(xué)成份、熱加工生產(chǎn)工藝及熱處理工藝。

1、鋼的化學(xué)成分及均勻性2、鋼的潔凈度及夾雜物控制3、鋼的組織控制及穩(wěn)定性

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二、影響鋼鐵材料質(zhì)量的主要因素10鋼鐵研究總院華東分院二

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三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——鋼的生產(chǎn)流程

11鋼鐵研究總院華東分院三

1、主要是化學(xué)成份的精確控制、窄帶范圍控制

2、潔凈度及夾雜物控制

3、化學(xué)成分的均勻化控制，減少成份的偏析。鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——冶煉及連鑄工序

12鋼鐵研究總院華東分院三

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三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——冶煉及連鑄工序

爐外精煉技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)分階段冶煉，創(chuàng)造最佳的熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)條件，保證鋼水純潔度；采用真空精煉，提高脫C脫氣速率；采用電弧加熱，精確控制鋼水溫度；采用吹氬攪拌工藝，精確控制鋼水成分。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：提高鋼水純凈度：[S]≤5×10-6，[P]≤20×10-6--，[N]≤15×10-6-，[H]≤1.5×10-6，[T·O]≤10×10-6，[C]≤10×10-6；精確控制鋼水成分，降低生產(chǎn)成本；精確控制鋼水溫度，提高生產(chǎn)效率。

爐外精煉的發(fā)展，大幅度提高了鋼水凈化度，明顯改善了產(chǎn)品的性能。為新一代鋼鐵材料的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)工藝基礎(chǔ)。13鋼鐵研究總院華東分院三鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——冶煉及連鑄工序

連續(xù)鑄鋼技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)：利用中間包－結(jié)晶器－二次冷卻－拉矯等生產(chǎn)設(shè)備，連續(xù)生產(chǎn)合格鑄坯；采用結(jié)晶器振動(dòng)和保護(hù)渣改善鑄坯表面質(zhì)量；采用二次冷卻和電磁攪拌，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率提高；鋼材成材率提高15~20%；實(shí)現(xiàn)近終形連鑄；實(shí)現(xiàn)高溫?zé)崴蜔嵫b或連軋工藝。

連鑄技術(shù)的發(fā)展，不僅提高了鋼鐵成材率，提高了生產(chǎn)效率，而且促進(jìn)了鋼鐵生產(chǎn)從單元化、間斷生產(chǎn)的模式向連續(xù)化短流程方向發(fā)展。14鋼鐵研究總院華東分院三鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——高品質(zhì)鋼潔凈生產(chǎn)流程

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，只有少數(shù)高附加值鋼材要求達(dá)到超純凈。而21世紀(jì)先進(jìn)鋼鐵廠的基本理念是要保證生產(chǎn)所有鋼材都能超純凈，鋼中雜質(zhì)元素總含量S+P+N+T.O+H<100~15010-6，也就是“大批量”的概念。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須努力降低超純凈鋼的生產(chǎn)成本（目標(biāo)是低于現(xiàn)代化鋼鐵流程中普通鋼的生產(chǎn)成本），提高生產(chǎn)穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。15鋼鐵研究總院華東分院三

1、解決鋼的化學(xué)成分均勻化、降低碳化物液析、不均度、碳化物帶狀、鐵素體帶狀等鋼液選分結(jié)晶規(guī)律帶來(lái)的問(wèn)題。2、防止表面脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒等加熱缺陷。3、高碳鉻軸承鋼、馬氏體、貝氏體、萊氏體鋼在加熱時(shí)，必須控制升溫速度，否則加熱速度過(guò)快時(shí)會(huì)因熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使鋼錠或鋼坯產(chǎn)生應(yīng)力裂紋或斷裂；4、保證適宜的高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間，當(dāng)高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間不足時(shí)，高碳鋼鋼液凝固產(chǎn)生的一次大顆粒碳化物（液析碳化物）無(wú)法固溶到奧氏體中，也就無(wú)法降低液析碳化物級(jí)別；5、低碳合金結(jié)構(gòu)鋼鋼坯的樹枝狀晶也不能溶入奧氏體中，就無(wú)法降低鐵素體帶狀組織對(duì)力學(xué)性能的不良影響。6、保淬透性結(jié)構(gòu)鋼加熱時(shí)，也需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母邷財(cái)U(kuò)散，以解決微區(qū)化學(xué)成分偏析、帶狀組織對(duì)淬透性和力學(xué)性能均勻性等問(wèn)題的不良影響。鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——軋鋼工序(加熱制度)

16鋼鐵研究總院華東分院

1、通過(guò)一定壓縮比消除鑄造缺陷，材料的各項(xiàng)綜合力學(xué)性能就好。2、保證鋼材的外形尺寸3、特殊鋼在高溫狀態(tài)下的變形抗力較普鋼高，高溫塑性差，因此其軋制工藝亦有其特殊性。4、為了滿足鋼的組織和性能要求，鋼材軋后冷卻有緩冷、水冷、風(fēng)冷和霧冷。4.1殊鋼由于逸氫及減輕組織應(yīng)力的需要，一般均采用較高的終軋溫度，冷床一般相對(duì)較窄，以利于高溫入坑緩冷，其目的是為了避免產(chǎn)生白點(diǎn)和應(yīng)力裂紋。4.2對(duì)于需要獲得索氏體組織的鋼種或需要控制二次碳化物網(wǎng)狀級(jí)別的鋼種則采用水冷、風(fēng)冷或霧冷；如目前已成功開(kāi)發(fā)應(yīng)用的斯太爾摩生產(chǎn)線就是線材生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鋼材軋后冷卻制度應(yīng)用的典型。4.3為避免某些鋼種軋后開(kāi)裂或硬度過(guò)高則在冷床采用保溫設(shè)施。

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三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——軋鋼工序(軋制及冷卻)

171、通過(guò)一定壓縮比消除鑄造缺陷，材料的鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——控軋控冷工藝技術(shù)

技術(shù)特點(diǎn)：采用多機(jī)架連續(xù)軋制，可一火成材；采用控軋控冷工藝，控制鋼材組織，細(xì)化晶粒；利用余熱實(shí)現(xiàn)熱處理，簡(jiǎn)化工藝流程，減少環(huán)境污染。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，節(jié)能，變多火成材為“一火”或“無(wú)火”（連軋）成材；成品尺寸公差小；產(chǎn)品性能穩(wěn)定，質(zhì)量改善。連軋與控軋工藝技術(shù)的發(fā)展，不僅大幅度提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)“一火”成材，而且將離線熱處理改變?yōu)樵诰€余熱熱處理，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了環(huán)境污染。18鋼鐵研究總院華東分院三控制軋制：控制軋制是在調(diào)整鋼的化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制加熱溫度、軋制溫度、變形制度等工藝參數(shù)，控制奧氏體狀態(tài)和相變產(chǎn)物的組織狀態(tài)，從而達(dá)到控制鋼材組織性能的目的。控制冷卻：控制冷卻是通過(guò)控制熱軋鋼材軋后的冷卻條件來(lái)控制奧氏體組織狀態(tài)控制相變條件、控制碳化物析出行為、控制相變后鋼的組織和性能。TMCP：控制軋制和控制冷卻技術(shù)結(jié)合起來(lái)，能夠進(jìn)一步提高鋼材的強(qiáng)韌性和獲得合理的綜合性能，并能夠降低合金元素含量和碳含量，節(jié)約貴重的合金元素，降低生產(chǎn)成本。新一代TMCP：以超快冷技術(shù)為核心的控制軋制和控制冷卻技術(shù)。鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

三、鋼的生產(chǎn)流程及各工序功能

——控制軋制和冷卻工序19鋼鐵研究總院華東分院三鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute四、鋼的主要熱處理工藝及效果

——鋼的基本組織分類

奧氏體：奧氏體具有面心立方晶體，塑性好，一般在高溫下存在。鐵素體：鐵素體具有體心立方晶格，含碳量極少，其性能與純鐵極為相似，塑形極好。滲碳體：滲碳體是鐵和碳的化合物，也稱碳化三鐵，含碳量6.69％，具有復(fù)雜的品格結(jié)構(gòu)。其性能硬而脆，幾乎沒(méi)有塑性。珠光體：珠光體是鐵素體和滲碳體相間的片層狀組織。因其顯微組織有指紋狀的珍珠光澤而得名。其性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度、硬度適中，并具有良好的塑性和韌性索氏體：亦稱細(xì)珠光體，是奧氏體在低于珠光體形成溫度分解而成的鐵素體和滲碳體的混合物。其層片比珠光體細(xì)，僅在高倍顯微鏡下才能辨別。硬度、強(qiáng)度和沖擊韌性均高于珠光體。20鋼鐵研究總院華東分院四、鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute四、鋼的主要熱處理工藝及效果

——鋼的基本組織分類

屈氏體：亦稱極細(xì)珠光體，由奧氏體在低于珠光體形成溫度分解而成的鐵素體和滲碳體的混合體。其層片比索氏體更細(xì)。其硬度和強(qiáng)度均高于索氏體。貝氏體：貝氏體是過(guò)飽和鐵素體和滲碳體的混合物。貝氏體又分為上貝氏體和下貝氏體。在較高溫度形成的稱“上貝氏體”，呈羽毛狀；在較低溫度形成的稱“下貝氏體”，呈針狀或竹葉狀。下貝氏體與上貝氏體相比，其硬度和強(qiáng)度更高，并保持一定的韌性和塑性。馬氏體：馬氏體通常是指碳在a-Fe中的過(guò)飽和固溶體。鋼中馬氏體的硬度隨碳含量的增加而提高。高碳馬氏體硬度高而脆，低碳馬氏體則有較高的韌性。馬氏體在奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中硬度最高。21鋼鐵研究總院華東分院四、處理說(shuō)明應(yīng)用退火將鋼件加熱到臨界溫度以上30〞50℃保溫一段時(shí)間，然后再緩慢地冷下來(lái)（一般用爐冷）用來(lái)消除鑄、鍛、焊零件的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度易于切削加工，細(xì)化金屬晶粒，改善組織，增加韌性正火將鋼件加熱的臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后空氣冷卻，冷卻速度比退火快用來(lái)處理低碳和中碳鋼及滲碳零件，使其組織細(xì)化，增加強(qiáng)度與韌性，減少內(nèi)應(yīng)力，改善切削性能淬火將鋼件加熱到臨界點(diǎn)以上的溫度，保溫一段時(shí)間，然后在水、鹽水或油中（個(gè)別材料在空氣中）急冷下來(lái)，使其得到高硬度用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度和強(qiáng)度極限。但淬火時(shí)會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力使鋼變脆，所以淬火后必須回火回火將淬硬的鋼件加熱到臨界點(diǎn)一下的溫度，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中或油中冷卻下來(lái)用來(lái)消除淬火后的脆性和內(nèi)應(yīng)力，提高鋼的塑性和沖擊韌性調(diào)質(zhì)淬火后高溫回火，稱為調(diào)質(zhì)用來(lái)使鋼獲得高的韌性和足夠的強(qiáng)度。很多重要零件是經(jīng)過(guò)調(diào)制處理的表面淬火使零件表層有高的硬度和耐磨性，而心部保持原有的強(qiáng)度和韌性表面淬火常用來(lái)處理齒輪等四、鋼的主要熱處理工藝及效果

——主要熱處理工藝的應(yīng)用

鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute22處理說(shuō)明應(yīng)用退火將鋼件加熱到臨界溫度以上30〞50℃保溫一段熱處理是特殊鋼生產(chǎn)的重要工序之一。為了滿足用戶對(duì)特殊鋼組織、性能的要求，許多特殊鋼需要熱處理交貨。例如：1、所有馬氏體合金鋼軋后必須及時(shí)退火，否則由于組織應(yīng)力會(huì)造成鋼材開(kāi)裂、碎斷；2、60Si2CrA、60Si2CrVA軋后硬度基本都超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所以GB/T1222—1984標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要熱處理交貨，只有經(jīng)過(guò)軟化退火才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。否則會(huì)因?yàn)橛捕雀撸斐捎脩艏羟邢铝蠒r(shí)的刀具磨損嚴(yán)重，甚至剪切不動(dòng)和鋼材劈頭引起質(zhì)量異議。3、高碳鉻軸承鋼的GCr15、GCr15SiMn等滾動(dòng)體用鋼，為了滿足用戶冷鐓、冷擠壓加工和最終熱處理的需要要進(jìn)行球化退火。4、合金工具鋼無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定還是用戶要求，一般都要進(jìn)行退火交貨，否則，不僅因硬度高造成用戶無(wú)法下料和加工，甚至在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)開(kāi)裂、碎斷。5、對(duì)于塑料模具鋼許多用戶要求調(diào)質(zhì)熱處理后交貨（也叫預(yù)硬化鋼），以便于直接加工成型，降低用戶的熱處理費(fèi)用。6、中碳鋼45#、55#用戶要求正火交貨，以利于提高切削零件的表面光潔度和心部的韌性等等。7、制造特大型軸承用的軸承鋼連鑄大圓坯，也需要退火交貨。鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

四、鋼的主要熱處理工藝及效果——典型鋼材熱處理例子23熱處理是特殊鋼生產(chǎn)的重要工序之一。為

鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程中成分、氧勢(shì)和溫度變化生產(chǎn)流程中材料溫度的變化20℃1400℃1200℃1650℃1550℃1100℃30℃900℃20℃生產(chǎn)流程中材料的碳含量變化4.5%0.10%0.20~0.80%0%生產(chǎn)流程中材料的氧勢(shì)變化0.003%30%0%0.07%20℃550℃24鋼鐵研究總院華東分院五、

鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——先進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)流程建立連續(xù)、緊湊、高效化的生產(chǎn)線是鋼鐵工業(yè)新型制造技術(shù)的核心25鋼鐵研究總院華東分院五、鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TMCP工藝簡(jiǎn)述

TMCP(Thermo-MechanicalControlledProcessing)，即控制軋制和控制冷卻技術(shù)，是在調(diào)整鋼材化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)軋制過(guò)程中的溫度制度、變形制度和軋后冷卻制度等進(jìn)行有效控制，顯著改善鋼材微觀組織，獲得具有良好綜合力學(xué)性能的鋼鐵材料。TMCP是20世紀(jì)鋼鐵業(yè)最偉大的成就之一，也是目前鋼鐵材料軋制及產(chǎn)品工藝開(kāi)發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的技術(shù)之一。26鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TMCP的發(fā)展過(guò)程第二次世界大戰(zhàn)期間，為改善船板的低溫韌性，比利時(shí)、瑞典等國(guó)鋼鐵廠所采用的“低溫大壓下”技術(shù)奠定了控制軋制的雛形。五十年代末，Nb、V、Ti等微合金化元素的應(yīng)用推動(dòng)了控制軋制技術(shù)的日趨成熟。1980年日本鋼管（NKK）在福山制鐵所安裝了世界上第一套中厚板控制冷卻裝置，國(guó)際鋼鐵業(yè)界將此控制軋制與控制冷卻工藝的組合稱為TMCP。目前隨著超細(xì)晶粒鋼的研究開(kāi)發(fā)，新一代TMCP工藝技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。27鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——傳統(tǒng)TMCP工藝的三個(gè)階段TMCP工藝的三階段及其組織變化1-奧氏體再結(jié)晶區(qū)變形階段：t≥950℃對(duì)加熱時(shí)粗化的奧氏體晶粒反復(fù)進(jìn)行軋制并反復(fù)再結(jié)晶后使之得到細(xì)化2-奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形階段：t＝950℃~Ar3奧氏體晶粒沿軋制方向伸長(zhǎng)壓扁，晶內(nèi)產(chǎn)生形變帶，這種加工硬化狀態(tài)的奧氏體具有促進(jìn)鐵素體相變形核作用3-奧氏體＋鐵素體兩相區(qū)變形階段：t<Ar3相變后為大角度晶粒和亞晶粒的混合組織28鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——傳統(tǒng)TMCP三大要素1：添加微合金元素-擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)2：低溫大壓下-產(chǎn)生硬化的奧氏體3：加速冷卻-控制硬化奧氏體的相變29鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——傳統(tǒng)TMCP存在的不足

在熱軋板帶、中厚板生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，低溫大壓下，軋制溫度很低，導(dǎo)致軋機(jī)負(fù)荷都很大；同時(shí)，為滿足組織轉(zhuǎn)變要求，終冷溫度通常較低，通常都低于500℃，有的鋼種溫度已低至350-450℃左右。而由此造成的軋制過(guò)程不穩(wěn)定、冷卻過(guò)程的板形不良等影響推廣，因此需解決以下問(wèn)題：

1）如何避開(kāi)“低溫大壓下”，放寬傳統(tǒng)TMCP對(duì)軋制過(guò)程的嚴(yán)苛要求，實(shí)現(xiàn)鋼材的高效化軋制；

2）如何發(fā)揮鋼鐵材料的潛力，降低優(yōu)質(zhì)鋼材對(duì)合金元素和微合金元素的依賴，節(jié)省資源和能源，實(shí)現(xiàn)減量化軋制；

3）如何發(fā)揮強(qiáng)化機(jī)制的作用，提升鋼材的性能，實(shí)現(xiàn)鋼材的高級(jí)化，發(fā)揮先進(jìn)鋼材對(duì)社會(huì)發(fā)展的引領(lǐng)作用。30鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP技術(shù)與傳統(tǒng)TMCP技術(shù)采用“低溫大壓下”和“微合金化”不同，以超快速冷卻技術(shù)為核心的新一代TMCP技術(shù)的中心思想是：

①在奧氏體區(qū)適于變形的溫度區(qū)間完成連續(xù)大變形和應(yīng)變積累，得到硬化的奧氏體；②軋后立即進(jìn)行超快冷，使軋件迅速通過(guò)奧氏體相區(qū)，保持鋼材奧氏體硬化狀態(tài)；③在奧氏體向鐵素體相變的動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)終止冷卻；④后續(xù)依照材料組織和性能的需要進(jìn)行冷卻路徑的控制。即通過(guò)采用適當(dāng)控軋+超快速冷卻+接近相變點(diǎn)溫度停止冷卻+后續(xù)冷卻路徑控制，通過(guò)降低合金元素使用量、采用常規(guī)軋制或適當(dāng)控軋，盡可能提高終軋溫度，來(lái)實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、節(jié)能減排型的綠色鋼鐵產(chǎn)品制造過(guò)程。31鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP的控制思路32鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP技術(shù)的應(yīng)用

33鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP要點(diǎn)(高溫軋制（HTP）)

新一代的TMCP應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)品性能允許的條件下，盡量采用適宜的正常軋制溫度進(jìn)行連續(xù)大變形，在軋制溫度制度上不一定堅(jiān)持“低溫大壓下”的原則。這樣軋制負(fù)荷（包括軋制力和電機(jī)功率）可以大幅度降低，設(shè)備條件的限制可以大為放松，軋機(jī)等軋制設(shè)備的建設(shè)也不必追求高強(qiáng)化，建設(shè)投資可以大幅度降低。同時(shí)大大提高軋制的可操作性，避免軋制工藝事故，例如卡鋼、堆鋼等，同時(shí)也延長(zhǎng)了軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等軋制工具的壽命。這對(duì)于提高產(chǎn)量、降低成本、提高軋制效能是十分有利的。34鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

由于采用常規(guī)軋制，終軋溫度較高，如果不加控制，材料會(huì)由于再結(jié)晶而迅速軟化，失去硬化狀態(tài)。因此，在終軋溫度和相變開(kāi)始溫度之間的冷卻過(guò)程中，應(yīng)努力設(shè)法通過(guò)快速冷卻，避免硬化奧氏體的軟化，即設(shè)法將奧氏體的硬化狀態(tài)保持到動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)。

對(duì)板帶材而言，確保高速冷卻條件下的平直度是一個(gè)關(guān)鍵性、瓶頸性的問(wèn)題。針對(duì)熱帶和中厚板生產(chǎn)過(guò)程開(kāi)發(fā)出高效率、高均勻性的新式冷卻系統(tǒng)，以得到平直度極佳的板帶材產(chǎn)品。

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP要點(diǎn)(超快速冷卻)35鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

軋后鋼材由終軋溫度急速快冷，迅速穿過(guò)奧氏體區(qū)，達(dá)到需要的終冷溫度，例如鐵素體區(qū)溫度或者貝氏體區(qū)溫度等。在軋件達(dá)到預(yù)定的溫度控制點(diǎn)后，應(yīng)當(dāng)立即停止超快速冷卻。應(yīng)當(dāng)通過(guò)控制冷卻裝置的細(xì)分和精細(xì)調(diào)整手段的配置，以及高精度的預(yù)控?cái)?shù)學(xué)模型來(lái)保證終止溫度的精確控制。

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP要點(diǎn)(超快速冷卻終點(diǎn)的控制)36鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

依據(jù)鋼鐵材料有別于其他材料的重要特點(diǎn)，即鋼鐵材料復(fù)雜的相變過(guò)程，對(duì)實(shí)施超快速冷卻后的鋼材還要進(jìn)行冷卻路徑控制，這就為獲得多樣化的相變組織和材料性能提供了廣闊的空間。利用這一特點(diǎn)，有可能利用簡(jiǎn)單的成分設(shè)計(jì)獲得不同性能的材料，實(shí)現(xiàn)減量化、集約化的軋制生產(chǎn)。

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP要點(diǎn)(冷卻路徑的控制)37鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute技術(shù)關(guān)鍵：冷卻速度快；冷卻時(shí)間短；終冷溫度高。超快冷技術(shù)應(yīng)用帶肋鋼筋生產(chǎn)時(shí)，控冷終止溫度要求高于鋼材再結(jié)晶溫度。工藝關(guān)鍵：軋件上冷床的溫度在800-850℃。不能出現(xiàn)淬火和回火組織技術(shù)訣竅：出成品孔后立即冷卻；分段冷卻；如成品空后無(wú)空間，放成品孔前。強(qiáng)化機(jī)制：細(xì)晶強(qiáng)化；析出強(qiáng)化；相變強(qiáng)化

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——新一代TMCP要點(diǎn)(強(qiáng)化機(jī)制)38鋼鐵研究總院華東分院技術(shù)鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——螺紋鋼軋后余熱處理

鋼筋的控制冷卻又稱為鋼筋軋后余熱處理或軋后余熱淬火。該工藝是利用鋼筋終軋后在奧氏體狀態(tài)下直接進(jìn)行表層淬火，隨后由其心部傳出余熱進(jìn)行自身回火，以提高塑性，改善韌性，使鋼筋得到良好的綜合性能。這種工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約能耗，改善操作環(huán)境，鋼筋外形美觀，條形平直，收到較大的經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。

39鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——鋼筋軋后控制冷卻的特點(diǎn)

1、利用控制冷卻強(qiáng)化鋼筋與一般淬火、回火的調(diào)質(zhì)鋼筋比較，由于利用軋制余熱，不需要重新加熱，節(jié)約了燃料及熱量消耗，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼筋的成本，而且還具有更高的綜合力學(xué)性能。其原因在于：在利用軋制余熱淬火之前已發(fā)生奧氏體再結(jié)晶，使晶粒細(xì)化，奧氏體晶界的位置已經(jīng)改變，新晶界的形成時(shí)間又很短，雜質(zhì)原子還來(lái)不及向晶界偏聚，因而改善了低溫力學(xué)性能。在軋制后淬火前尚未發(fā)生奧氏體再結(jié)晶情況下，保持著低溫形變熱處理對(duì)低溫力學(xué)性能的良好影響。

2、選用碳素鋼和低合金鋼，采用軋后控制冷卻工藝，可生產(chǎn)不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼筋，從而可能改變用熱軋按鋼種分等級(jí)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，節(jié)約合金元素，降低成本以及方便管理。

3、設(shè)備簡(jiǎn)單，只需在精軋機(jī)后安裝一套水冷設(shè)備。或者為了控制終軋溫度或控制軋制而在中間軋機(jī)或精軋前安裝中間冷卻或精軋預(yù)冷裝置。40鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

4、在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)終軋后快冷的軋制余熱強(qiáng)化鋼筋在使用性能上存在一個(gè)缺點(diǎn)，即應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向較大。裂紋主要是在活動(dòng)的滑移帶上位錯(cuò)堆積的地方形核。具有低溫形變熱處理效果的軋制余熱淬火，提高了位錯(cuò)密度，阻止了位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的多邊形化，因而形成了促進(jìn)裂紋的核心。但是，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)終軋的軋制余熱強(qiáng)化鋼筋，由于再結(jié)晶過(guò)程消除了晶內(nèi)位錯(cuò)，而不出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向的缺點(diǎn)。

5、控冷后的鋼筋表面容易出現(xiàn)紅銹，影響鋼筋的外觀質(zhì)量。

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——鋼筋軋后控制冷卻的特點(diǎn)41鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——軋后控制冷卻的特點(diǎn)三個(gè)過(guò)程第一階段：表面淬火階段(急冷段)，鋼筋離開(kāi)精軋機(jī)在終軋溫度下，盡快地進(jìn)入高效冷卻裝置，進(jìn)行快速冷卻。其冷卻速度必須大于使表面層達(dá)到一定深度淬火馬氏體的臨界速度。鋼筋表面溫度低于馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Ms)，發(fā)生奧氏體向馬氏體相轉(zhuǎn)變。該階段結(jié)束時(shí)，心部溫度很高，仍處在奧氏體狀態(tài)。表層則為馬氏體和殘余奧氏體組織。表面馬氏體層的深度取決于強(qiáng)烈冷卻持續(xù)時(shí)間。第二階段：自回火階段，鋼筋通過(guò)快速冷卻裝置后，在空氣中冷卻。此時(shí)鋼筋各截面內(nèi)外溫度梯度很大，心部熱量向外層擴(kuò)散，傳至表面的淬火層，使已形成的馬氏體進(jìn)行自回火。根據(jù)自回火溫度不同，可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體或回火索氏體。而表層的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。同時(shí)鄰近表層的奧氏體根據(jù)鋼的成分和冷卻條件不同而轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w、屈氏體或索氏體組織。而心部仍處在奧氏體狀態(tài)。該階段的持續(xù)時(shí)間隨著鋼筋直徑和第一階段冷卻條件而改變。第三階段：為心部組織轉(zhuǎn)變階段，鋼筋在冷床上空冷一定時(shí)間后，斷面上的熱量重新分布，溫度趨于一致，同時(shí)降溫。此時(shí)心部由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體或鐵素體、索氏體和貝氏體。心部產(chǎn)生的組織類型取決于鋼的成分，鋼筋直徑，終軋溫度和第一階段的冷卻效果和持續(xù)時(shí)間。42鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——鋼筋軋后控制冷卻的方法

按照冷卻方式，鋼筋軋后控制冷卻方法有兩種：

1、軋后立即快冷工藝，在冷卻介質(zhì)中快冷到規(guī)定溫度或快冷一定時(shí)間后就中斷快冷，隨后空冷進(jìn)行自回火。

2、分段冷卻工藝，先在強(qiáng)烈的冷卻介質(zhì)中并在很短時(shí)間內(nèi)把表面層過(guò)冷到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，形成馬氏體，立即中斷快冷，空冷一定時(shí)間，使很薄的表面層中的馬氏體回火到A1溫度以下，形成回火索氏體，再進(jìn)行二次快冷一段時(shí)間后中斷快冷，之后，再空冷，使心部得到索氏體、貝氏體及鐵素體組織。稱為二段冷卻。

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——鋼筋軋后控制冷卻的組織

根據(jù)在快冷前變形奧氏體發(fā)生再結(jié)晶的情況可以分為兩類：一類是變形的奧氏體已發(fā)生充分的再結(jié)晶，變形對(duì)奧氏體位錯(cuò)、亞結(jié)構(gòu)的影響已通過(guò)再結(jié)晶而消除。形變熱處理的效果已很小或者完全沒(méi)有，這樣就只有相變強(qiáng)化，而沒(méi)有形變強(qiáng)化，強(qiáng)化效果較小。這樣強(qiáng)化處理的鋼筋，雖然綜合力學(xué)性能略低，但其應(yīng)力腐蝕穩(wěn)定性較高。另一類是軋制后到快冷前，變形的奧氏體尚未發(fā)生再結(jié)晶，或者只發(fā)生了部分再結(jié)晶，這樣，就保留或部分保留變形對(duì)奧氏體的強(qiáng)化作用，形變熱處理效果較大，可以提高鋼筋的綜合力學(xué)性能，但應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向較大，這也可用分段淬火及淬火后自回火或加熱回火來(lái)解決。

44鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——鋼筋軋后控制冷卻的性能特點(diǎn)

終軋溫度、第一階段冷卻速度和持續(xù)時(shí)間及鋼的化學(xué)成分決定了軋后控制冷卻鋼筋的性能，其中終軋溫度、第一階段冷卻速度和持續(xù)時(shí)間決定了自回火溫度。

由于鋼筋的直徑、鋼的化學(xué)成分決定的淬透性、冷卻速度和冷卻溫度不同，因此軋后淬火所得組織也不同。直徑為8mm的Q235鋼，如冷卻速度快和冷卻溫度低，可以在整個(gè)橫截面上得到低碳馬氏體。直徑較大的鋼筋，很難沿整個(gè)截面上得到馬氏體組織。一般表面層得到馬氏體組織，通過(guò)自回火轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，而心部得到索氏體、貝氏體及鐵素體等。這兩種組織類型的鋼筋，屈服強(qiáng)度都可以達(dá)到784MPa以上，抗拉強(qiáng)度在980MPa以上。但是，具有低溫回火或未回火的低碳馬氏體組織的鋼筋在焊接時(shí)熱影響區(qū)的組織和性能變化較大。而穩(wěn)定性更大的索氏體組織的鋼筋，在焊接時(shí)熱影響區(qū)的組織和性能變化較小。45鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——鋼筋軋后控制冷卻的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益運(yùn)用控軋控冷技術(shù)，利用最廉價(jià)的水資源，取代昂貴的合金元素，有效提高鋼材強(qiáng)度，棒材等級(jí)提高1-2級(jí)，每噸鋼材減少成本60-120元，可為企業(yè)取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。46鋼鐵研究總院華東分院

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——不同冷卻制度的比較

鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute47五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用鋼鐵研究總

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TRIP鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)與其它鋼種的比較，因TRIP效應(yīng)的存在，TRIP鋼同時(shí)具有延展性和高強(qiáng)度的性能特點(diǎn)，是先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板中綜合性能優(yōu)異的代表鋼種。

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——典型鋼種性能比較

48鋼鐵研究總院華東鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——

馬氏體鋼

馬氏體鋼（MART鋼）作為唯一已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼，近年來(lái)由于熱沖壓技術(shù)的進(jìn)步，重新引起重視。主要用于成型要求不高的車門防撞桿等零件代替管狀零件，減少制造成本。其成分含有較高的C,Mn,Si,Cr,Mo,B,V和Ni等合金元素，其組織完全由呈板條狀的馬氏體組成。49鋼鐵研究總院華東分院五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼的原理

TRIP鋼是通過(guò)相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)而使鋼板中殘余奧氏體在塑性變形作用下誘發(fā)馬氏體形核，引入相變強(qiáng)化和塑性增長(zhǎng)機(jī)制，提高鋼板的強(qiáng)度和韌性。TRIP鋼具有多相組織，既有軟相鐵素體，也有硬相貝氏體，還有亞穩(wěn)定的殘余奧氏體，在變形過(guò)程中能逐步轉(zhuǎn)化成馬氏體。TRIP鋼組織決定了其優(yōu)異的力學(xué)性能。

TRIP鋼與其他同級(jí)別的高強(qiáng)度鋼相比，最大特點(diǎn)是兼具高強(qiáng)度和高延伸性能，可沖制較復(fù)雜的零件；還具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，會(huì)通過(guò)自身形變來(lái)吸收能量，而不向外傳遞。鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute50五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用TRIP鋼是通鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼的成分特點(diǎn)

TRIP鋼的成分以C-Mn-Si合金系統(tǒng)為主，有時(shí)也可根據(jù)具體情況添加少量的Cr、V、Ni等合金元素。因此，它的成分特征是

碳、錳、硅和鋁是低合金TRIP鋼中的基本元素。在TRIP鋼中，碳主要富集在殘余奧氏體中，增加殘余奧氏體數(shù)量，提高其穩(wěn)定性，其次才是提高鋼的強(qiáng)度。51鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——

TRIP鋼的成分特點(diǎn)1.低碳

含碳量高，殘余奧氏體數(shù)量增多，有利于TRIP效應(yīng)產(chǎn)生，然而焊接性能惡化，軋制過(guò)程中產(chǎn)生晶體缺陷的幾率增大，并且固溶強(qiáng)化作用增強(qiáng)導(dǎo)致強(qiáng)度增加而塑性降低。含碳量低，產(chǎn)生的影響恰好相反。因此，選取的含碳量一般為0.1%～0.2%。2.低合金化Si和Mn加入過(guò)多，降低鋼的塑性和韌性，并且引起焊接性能惡化。因此，TRIP鋼的含硅量和含錳量均控制在1%～2%的范圍內(nèi)。3.鋼質(zhì)純凈

除了進(jìn)行必要的合金化之外，TRIP鋼中的夾雜物應(yīng)盡可能低。對(duì)于鋼中的O、N、P、S、Al等元素的含量均可按照低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)加以控制，特別是硫化物形態(tài)更應(yīng)引起注意，以防止產(chǎn)生對(duì)鋼性能的不利影響。52鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼的成分特點(diǎn)53鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼的組織特點(diǎn)

TRIP鋼具有多相組織，既有軟相鐵素體，也有硬相貝氏體，還有亞穩(wěn)定的殘余奧氏體。鋼中組織的合理配比、亞穩(wěn)相的穩(wěn)定性等決定了TRIP鋼的力學(xué)性能。TRIP鋼普通金相組織照片TRIP鋼掃描電鏡照片54鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼的組織特點(diǎn)

鐵素體貝氏體殘余奧氏體鐵素體是TRIP鋼中的基體組織，硬度低，塑性較好，其含量由兩相區(qū)等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程控制，一般在50％以上。硬質(zhì)相，能提高強(qiáng)度。貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫處理時(shí)，發(fā)生奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變，大量碳原子擴(kuò)散到相鄰?qiáng)W氏體內(nèi)。隨著貝氏體區(qū)長(zhǎng)大，相鄰?qiáng)W氏體內(nèi)碳濃度升高，直到奧氏體的臨界轉(zhuǎn)變溫度T0接近于等溫溫度，相變逐漸停止。殘余奧氏體含量與穩(wěn)定性對(duì)TRIP效應(yīng)都有影響，只有達(dá)到殘余奧氏體含量與穩(wěn)定性的統(tǒng)一，才能獲得最佳的力學(xué)性能。殘余奧氏體含量主要受貝氏體區(qū)等溫溫度和時(shí)間控制。55鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼的生產(chǎn)工藝

熱軋：TRIP采用在終軋后控制冷卻和低溫卷曲的方式生產(chǎn)，其冷卻模式由四部分組成：1、鋼板在單相區(qū)終軋后快速冷卻到中間溫度，加速鐵素體的形成。2、在中間溫度保持一段時(shí)間以獲得足夠的鐵素體。保持時(shí)間和緩冷的溫度以不形成珠光體為準(zhǔn)，因?yàn)橹楣怏w的形成將消耗大量的碳，從而減弱了碳在未轉(zhuǎn)變奧氏體中的富集。3、然后再快速冷卻到卷曲溫度，完成奧氏體到貝氏體的轉(zhuǎn)變，卷曲溫度控制在500℃以下以抑制珠光體的形成。4、從卷曲溫度自然冷卻到室溫。可見(jiàn)，熱軋TRIP鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵是終軋后兩段冷卻的控制。熱軋TRIP鋼生產(chǎn)原理示意圖56鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——

TRIP鋼的生產(chǎn)工藝

冷軋：冷軋TRIP鋼的多相組織主要通過(guò)形變熱處理，兩相區(qū)等溫以及中溫貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫淬火。典型的冷軋TRIP鋼處理工藝如圖所示。冷軋TRIP鋼的熱處理工藝57鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼的性能特點(diǎn)

1、強(qiáng)度高，延性大，即其強(qiáng)塑積(TS×EL)較高；TRIP鋼的強(qiáng)塑積一般均大于20000，而一般鋼種的強(qiáng)塑積約為15000，因此TRIP鋼可用作形狀較復(fù)雜的零件。

2、鋼的加工硬化指數(shù)較高，均在0.2以上，而析出強(qiáng)化系列鋼則在0.2以下。

3、平面各向異性較低，在深沖時(shí)制耳很小

。

4、成型后表現(xiàn)出很強(qiáng)的烘烤硬化特性。

5、TRIP鋼的屈強(qiáng)比(YS/TS)略高于雙相鋼，約為0.6～0.8，加工容易；而析出強(qiáng)化鋼板的屈強(qiáng)比約為0.8～0.9。

6、具有高的成形極限高度和拉脹性能，特別適合于脹形的零件。

7、沖撞時(shí)吸收能量較高，提高了安全性。

8、TRIP鋼因加工硬化指數(shù)高，在循環(huán)應(yīng)力作用下，會(huì)發(fā)生循環(huán)硬化，故其疲勞強(qiáng)度高。58鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——TRIP鋼開(kāi)發(fā)情況

在汽車用普通鋼用量不斷下降的同時(shí),高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的用量則穩(wěn)步增長(zhǎng)。尤其是先進(jìn)高強(qiáng)度鋼中的雙相鋼和相變誘發(fā)塑性鋼,由于其性能優(yōu)良,更成為工業(yè)界和科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)對(duì)TRIP鋼板進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)研究，其中寶鋼、鞍鋼已相繼開(kāi)發(fā)TRIP600MPa和TRIP800，邯鋼于2012年已經(jīng)開(kāi)發(fā)TRIPTRIP380/590。59鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——形變誘導(dǎo)鐵素體相變（DIFT）概念

應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變是指在鋼的Ae3溫度附近施加形變，形變中奧氏體能量升高，穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致γ→α相變。由于相變是在形變過(guò)程中，而不是在形變之后的冷卻過(guò)程中發(fā)生的，因而又被稱為動(dòng)態(tài)相變。形變過(guò)程中，形變能的累積使得奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的相變點(diǎn)Ad3溫度上升，在形變的同時(shí)發(fā)生鐵素體相變，并且形變后進(jìn)行快速冷卻，以保持在形變過(guò)程中形成的超細(xì)鐵素體晶粒。在形變誘導(dǎo)相變細(xì)化技術(shù)中，形變溫度和形變量是兩個(gè)最重要的參數(shù)。隨形變溫度的降低和形變量的增加，應(yīng)變誘發(fā)鐵素體相變的轉(zhuǎn)變量增加，同時(shí)鐵素體晶粒細(xì)化。

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——DIFT的機(jī)理

形變對(duì)γ→α轉(zhuǎn)變的促進(jìn)作用

奧氏體形變會(huì)使整個(gè)奧氏體相的能量增高，其自由能－成分曲線上升，因而平衡相成分和形核體積自由能變化也將發(fā)生相應(yīng)的改變。

形變誘導(dǎo)相變是將低碳鋼[w(C)≤0.125%]加熱到稍高于奧氏體相變溫度(Ac3),以較高的變形速率(?ε)、足夠的變形量(ε)對(duì)奧氏體進(jìn)行連續(xù)快速變形,然后急冷,從而獲得超細(xì)鐵素體晶粒的工藝。變形對(duì)相變產(chǎn)生促進(jìn)作用的熱力學(xué)解釋61鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——DIFT相變及其產(chǎn)物特性

1、DIFT是動(dòng)態(tài)相變，是由形變產(chǎn)生儲(chǔ)存能提高相變驅(qū)動(dòng)力誘導(dǎo)的相變。相變主要發(fā)生在變形中，這與控軋控冷相變不同，后者主要發(fā)生于軋后冷卻中。由于是動(dòng)態(tài)相變，處于非平衡態(tài)，因而在一定條件下有逆相變及亞穩(wěn)相出現(xiàn)的可能。

2、它是形核為主的相變。α相形核首先產(chǎn)生于具有高畸變能的原有γ晶界。大于臨界尺寸（r*）的新相晶核在α／γ相界前沿高畸變區(qū)形核。當(dāng)局部應(yīng)變（微觀ε）足夠大時(shí)，畸變區(qū)反復(fù)形核。應(yīng)變（ε）增大后，晶核也在晶內(nèi)高畸變區(qū)（應(yīng)變帶、滑移帶、孿晶帶、亞結(jié)構(gòu)界面、第二相界面等）不斷形成。62鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

3、它具有快速相變特征。通過(guò)對(duì)母／新相晶體學(xué)關(guān)系的研究（包括各種織構(gòu)的研究），以及化學(xué)勢(shì)驅(qū)動(dòng)的相變特性，證明DIFT是擴(kuò)散型相變，碳的走勢(shì)是上坡擴(kuò)散，在較高溫度時(shí)在最后的三角晶界區(qū)形成珠光體，在較低溫度核高畸變（高位錯(cuò)密度）的晶內(nèi)區(qū)形成離異狀珠光體，顆粒狀滲碳體。由于熱變形過(guò)程使位錯(cuò)密度不斷增加，碳的擴(kuò)散通道主要是管道擴(kuò)散，即沿晶界和位錯(cuò)擴(kuò)散，因而DIFT相變是一個(gè)快速擴(kuò)散。

4、DIFT的發(fā)生伴隨著產(chǎn)生鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。經(jīng)α動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成超細(xì)晶等軸化鐵素體，強(qiáng)韌性和各向基本同性得到保證。

5、工藝控制中過(guò)冷度（△T）、應(yīng)變量及應(yīng)變速度（ε）等可以在相當(dāng)大范圍內(nèi)變化。

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——DIFT相變及其產(chǎn)物特性63鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——DIFT相變的三個(gè)階段

Ⅰ階段：轉(zhuǎn)變初期具有較低的形核率，形變誘導(dǎo)鐵素體在奧氏體晶界形核。Ⅱ階段：為較高形核率和轉(zhuǎn)變速率的轉(zhuǎn)變中期，隨著應(yīng)變?cè)黾樱魏寺侍岣撸魏宋恢糜删Ы玳_(kāi)始向晶界兩側(cè)擴(kuò)展，并且在形變帶上形核。Ⅲ階段：為較低形核率的后期，形核位置達(dá)到飽和，并由于受到形變溫度下鐵素體平衡數(shù)量的限制，形核率和轉(zhuǎn)變速率降低。DIFT是細(xì)晶強(qiáng)化，出精軋后溫度低，失去了相變強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的溫度空間64鋼鐵研究總院華東分院鋼鐵研究總院華東分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute

五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——鋼材緩冷控制硬度的原理不同類型的珠光體由于層片間距不同，力學(xué)性能在一個(gè)較大范圍內(nèi)變化，總體趨勢(shì)是隨著片間距的減小，材料的強(qiáng)度和硬度呈現(xiàn)上升；其塑性和韌性以索氏體為最高，它的組織比珠光體細(xì)小且分布均勻，而屈氏體因?qū)悠募?xì)小，塑性相鐵素體的可變形范圍小，強(qiáng)度最高，但塑性卻下降了。珠光體型轉(zhuǎn)變按片層距離大小分類65鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——線材冷卻中的應(yīng)用

現(xiàn)代高速線材車間軋后控制冷卻技術(shù)包括兩部分：1)精軋機(jī)至吐絲機(jī)間的噴水冷卻(也稱一次水冷)，滿足吐絲機(jī)對(duì)軋件溫度的要求(吐絲溫度一般控制在接近相變的750-850℃)；2)吐絲機(jī)至集卷站間的散卷吹風(fēng)冷卻(也稱二次風(fēng)冷)，二次控制冷卻普遍應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)型和延遲型；對(duì)于高碳鋼等鋼種采用標(biāo)準(zhǔn)型冷卻工藝，散落在冷卻線上的線圈運(yùn)行速度快(0.5-1.6m/s)，冷卻速度為6-17℃/s，線圈搭接稀疏，保溫罩打開(kāi),強(qiáng)制送風(fēng)，在快速冷卻過(guò)程中完成相變，獲得索氏體化的金相組織。對(duì)于低碳鋼，低合金鋼等鋼種，則采用延遲型冷卻工藝，散落的線圈搭接密集，線圈在輸送機(jī)上運(yùn)行速度緩慢(0.12-0.36m/s)，冷卻速度為0.6-1.4℃/s，蓋上保溫罩，停止送風(fēng)，在緩慢冷卻過(guò)程中完成相變。通過(guò)控制冷卻生產(chǎn)的線材，可使表面一次氧化鐵皮大大減少，節(jié)約金屬；線材金屬組織中細(xì)粒狀珠光體和索氏體占大部分（拉絲材），從而使線材易于拉拔；通過(guò)控制冷卻，可以獲得所要求的金相組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。66鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——控軋控冷在簾線鋼盤條生產(chǎn)中的應(yīng)用

生產(chǎn)牌號(hào)為L(zhǎng)X72A的Φ5.5規(guī)格簾線鋼盤條，成品尺寸要求為直徑允許偏差為±0.2mm，不圓度≤0.30mm；脫碳層(鐵素體層＋過(guò)渡層)深度≤0.10mm；力學(xué)性能波動(dòng)范圍小，LX72A抗拉強(qiáng)度為980-1120MPa，斷面收縮率≥40%；內(nèi)部組織主要由索氏體和珠光體組成，索氏體化率≥85%，奧氏體的晶粒度達(dá)到6-8級(jí)，不得有馬氏體、貝氏體等對(duì)性能有害的組織；氧化鐵皮厚度占重量0.40~0.80%，67鋼鐵研究總院華東分院

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——控軋控冷在簾線鋼盤條生產(chǎn)中的應(yīng)用

控制冷卻工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變（CCT）曲線(下圖)。線材控制冷卻工藝參數(shù)主要是終軋溫度、吐絲溫度、相變區(qū)冷卻速度以及集卷溫度。依據(jù)產(chǎn)品使用性能和再加工性能的需要，要求奧氏體晶粒細(xì)化（粗晶粒沖擊韌性差），所以需要通過(guò)調(diào)整預(yù)水冷箱來(lái)減低終軋溫度。

選擇較高的吐絲溫度，吐絲后線材仍處于奧氏體組織狀態(tài)，碳元素和其它伴隨元素依然固溶在奧氏體中。奧氏體晶粒拉長(zhǎng)，奧氏體在風(fēng)冷線上的過(guò)冷度增大，致使連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線向右下方移動(dòng)。較粗大的奧氏體晶粒轉(zhuǎn)變成珠光體的相變?cè)诟偷臏囟认逻M(jìn)行，轉(zhuǎn)變后的珠光體片層間減小，索氏體化率升高。選擇較低的吐絲溫度，線材的奧氏體晶粒很細(xì)，晶界面積增大，珠光體成核點(diǎn)多，珠光體球變小，使得線材的塑性指標(biāo)變好。同時(shí)較低的吐絲溫度配合快速的風(fēng)冷，可以抑制鐵素體析出，減少鐵素體的含量，改善鐵素體的形態(tài)。因此將進(jìn)精軋溫度選擇為880±20℃，吐絲溫度控制在900±20℃。

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五、熱處理技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

——控軋控冷在簾線鋼盤條生產(chǎn)中的應(yīng)用

盤條吐絲之后進(jìn)入斯太爾摩風(fēng)冷系統(tǒng)，過(guò)冷奧氏體相變過(guò)程開(kāi)始,主要控制冷卻速度來(lái)達(dá)到控制相變產(chǎn)物形態(tài)、結(jié)構(gòu)的目的。由于72A含碳量接近共析成分點(diǎn)，故珠光體析出線及珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)(A—P)占據(jù)CCT曲線的較大區(qū)域，而形成較細(xì)的片狀珠光體（索氏體）轉(zhuǎn)變溫度為600℃-650℃。故此在斯太爾摩風(fēng)冷線上，如果在相變前保證足夠的冷卻速度，可把鋼簾線盤條快速冷卻至相變區(qū)，抑制馬氏體、貝氏體和網(wǎng)狀滲碳體的析出。通過(guò)風(fēng)冷輥道速度階梯遞增來(lái)改變線圈布放密度，增加了線圈間距，使線圈之間的相互熱影響減小，保證冷卻效果。前四架風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量，滿足相變所需的冷卻速度。后七架風(fēng)機(jī)佳靈的設(shè)置使相變區(qū)溫度保持基本穩(wěn)定，相變時(shí)間也適當(dāng)延長(zhǎng)，保證了索氏體轉(zhuǎn)變的順利完成，有利于得到性能通條一致的線材，降低了集卷溫度，保證了產(chǎn)品后續(xù)防護(hù)的質(zhì)量。69鋼鐵研究總院華東分院

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