低锰钛微合金化Q355B钢奥氏体连续转变曲线测定研究

亓福川，黄治东

（1 山钢股份莱芜分公司，山东 济南271104；2 莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，山东 济南271104）

1 前 言

高强度、低成本的钢材一直是材料研究追求的目标，大量研究和生产实践表明，微合金化技术和控轧控冷工艺相结合是研发和生产低成本高强度钢的有效途径之一［1-4］。近年来，Ti 作为微合金化元素在高强钢的开发过程中逐渐受到青睐［5-7］。比较钛、锰的价格和对强度的贡献，采用Ti 微合金化来提高钢材的强度具有更低的成本。目前钛铁（含钛30%）的价格约为1 万元/t，中锰（含锰78%）的价格约为7 600元/t，钛的价格约为锰的4倍。从生产经验中得出，钢带中每提高0.1%的锰，钢带的屈服强度约提高8 MPa，而每提高0.01%的钛，钢材的屈服强度约提高20～30 MPa［8-9］，钛的强化效果约是锰的37.5倍。相比于锰，使用钛来提高钢材的强度合金成本约能降低90%。

由于钛铁的经济性，目前越来越多的热轧带钢厂采用钛替代锰对钢材进行强化［10-12］。但在生产实践中发现，钛含量提高后，钢材组织中的贝氏体含量显著增加，珠光体含量减少，晶粒尺寸也有粗化的倾向，最终导致轧材韧性的恶化。为深度分析该现象的产生原因，并寻求解决方案，对低锰钛微合金化的Q355B 钢的奥氏体连续转变曲线（CCT）进行测定分析。

2 转变动力学曲线的测定

2.1 试验方法

采用山钢生产的Q355B 热轧卷板作为生产原料，原料成分如表1 所示，从钢板中取样并车削价格成尺寸为Φ6×15 mm的热模拟试样。

表1 Q355B热轧卷板成分 %

在Gleeble 3800 热模拟试验机上按照图1 试验方案进行CCT 曲线测定。工艺制度为：试样以10 ℃/s 的升温速度快速加热到1 200 ℃，保温3 min，以5 ℃/s的冷却速度冷却至900 ℃，保温30 s，然后以6 s-1的应变速率进行20%的单道次压缩，然后以3、5、10、15、20、25、30 ℃/s 的冷却速度冷却至室温，记录冷却过程中热膨胀曲线及Force、PTemp、Strain、Stress、Stroke、TC，6 个变量相对应的试验数据，进行动态CCT曲线测定。

图1 Q355B的动态CCT曲线测定试验方案

2.2 试验结果

根据加热过程中膨胀曲线上的拐点（切点），确定 Q355B 的AC1=733 ℃，AC3=990 ℃。其中AC1为加热过程中，珠光体开始向奥氏体进行转变的温度。AC3为加热过程中，铁素体全部溶入奥氏体的温度。

根据不同冷速冷却过程中膨胀曲线上的拐点（切点），结合金相组织，确定的相变转变温度见表2，其中A→F代表的意义为奥氏体向铁素体转变，A→P代表的意义为奥氏体向珠光体转变，A→B代表的意义为奥氏体向贝氏体转变，A→M 代表的意义为奥氏体向马氏体转变。

表2 不同冷却速度下的相变温度

将表2 中的相变点，绘制到温度-时间半对数坐标上，用连线法将各物理意义相同的点连接起来，同时在该坐标轴上标出AC1、AC3，即可绘制出图2 的 Q355B 钢 CCT 图，图 2 中冷却曲线旁的数字为冷却速度。

将热模拟试样先切割制成金相试样，并经粗磨、精磨、抛光、用4%硝酸酒精侵蚀后观察金相组织，不同冷速下得到的转变产物的金相组织如图3所示。

图2 Q355B钢的CCT曲线

图3 Q355B钢连续冷却转变后的金相组织

由图2、图3可看出，Q355B 钢奥氏体以不同速度连续冷却时，有先共析铁素体的析出（A→F），和珠光体转变（A→P），贝氏体转变（A→B），以及马氏体转变（A→M）。当冷却速度为3 ℃/s时，转变产物为魏氏组织+铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，此时由于冷却速度慢，晶粒粗大，导致生成魏氏组织。当冷却速度为5、10 ℃/s 时转变产物为铁素体+珠光体+粒状贝氏体，当冷却速度为15 ℃时，珠光体基本消失，转变产物为铁素体+粒状贝氏体+上贝氏体，当冷却速度为20 ℃/s、25 ℃/s 时转变产物为铁素体+粒状贝氏体+上贝氏体，当冷却速度为30 ℃/s时，出现马氏体组织，转变产物为铁素体+上贝氏体+少量马氏体。

Q355B钢几乎在所有冷速下都有铁素体析出，只是铁素体形态随冷速不同会发生变化，当冷却速度较慢时，形态以块状为主，随着冷速的提高，冷速加快时，铁素体体细化，并呈针状形态，珠光体转变在冷速低于15 ℃/s 时发生，随着冷速的提高，珠光体形态由较粗形态珠光体过渡为较细的索氏体和屈氏体，并且数量减少。贝氏体的转变温度非常宽，在3～30 ℃/s冷速范围内都有贝氏体生成，以粒状贝氏体和上贝氏体混合的形态存在。在冷速30 ℃/s下，出现板条马氏体组织。

3 结 语

通过CCT 曲线的测定得到如下结论及对低锰钛微合金化Q355B 钢的轧制工艺调整方案的启发和建议：

1）在不同冷速下，奥氏体向铁素体转变的开始温度普遍低于840 ℃。由于在奥氏体+铁素体两相区轧制会出现混晶缺陷，因此只要将终轧温度控制在840 ℃以上，就不会发生两相区轧制而引起的混晶缺陷。

2）贝氏体的转变温度非常宽，在3～30 ℃·s-1冷速范围内都有贝氏体生成，因此难以通过冷速的调整来减少贝氏体生成量，而通过控制卷取温度的方法来减少贝氏体转变则比较容易，从CCT转变曲线上来看，高于590 ℃不会生成贝氏体，低于590 ℃会成产贝氏体。

3）奥氏体向珠光体的转变温度范围约为600～680 ℃，转变时间约需150～200 s，因此若想增加珠光体量、减少贝氏体和马氏体量，则在轧后冷却过程中，需使轧材在600～680 ℃温度范围内停留尽量多的时间。

4）从合金元素对CC曲线的影响来看，C、Mn元素会降低铁素体、珠光体、贝氏体转变的开始和结束温度，使转变曲线下移。Ti会提高铁素体、贝氏体转变的开始温度，并会缩小珠光体转变温度区间。