微合金元素添加对低碳钢连续冷却及等温转变组织的影响

作     者：刘方策 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘沿东

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：低碳钢 Ti-Mg-Ca-Ce复合脱氧 夹杂物 晶内铁素体 晶粒细化 

摘      要：热轧无缝钢管作为热轧钢材中不可替代的重要分支,广泛地应用于船舶制造、油气输送等领域。由于热轧无缝钢管整个变形过程需要在高温下完成,无法采用控制轧制细化奥氏体晶粒,导致其冷却至室温后产生粗大的相变组织,严重恶化钢管的综合力学性能。目前国内外大部分研究集中于钢管的在线热处理以及控制冷却技术的开发,而这两种方法对钢管组织细化的能力有限。因此本研究提出了氧化物冶金+控制冷却的方法,拟通过添加高温下稳定的氧化物诱导晶内铁素体相变,同时对钢管轧后冷却过程进行控制,从而达到细化组织的目的。本文以相同基础成分低碳钢为研究对象,分别采用传统Al脱氧和Ti-Mg-Ca-Ce复合脱氧两种脱氧方式,利用全自动相变仪测定了实验钢的相变点以及CCT曲线,在此基础上制定了后续热处理工艺。分别对实验钢进行了连续冷却以及等温处理,采用金相显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜等研究了不同工艺下夹杂物诱导晶内铁素体相变的行为,实验结果表明:对比钢中夹杂物主要为尺寸较大的Al2O3·MnS。经过复合脱氧后1#、2#、3#钢中夹杂物为圆形的（Ti-Mg-Ca-Ce-Al-O）+MnS,夹杂物尺寸得到了大幅度细化。由于氧化物对奥氏体晶界的钉扎作用,复合脱氧钢的原奥氏体晶粒尺寸细化至100μm以下。对比钢在低冷速下的组织主要为粗大的贝氏体以及魏氏组织,而1#、2#、3#钢中组织主要为细板条的贝氏体和针状铁素体,针状铁素体形成的冷速范围在3～10K/s之间。复合脱氧处理扩大了实验钢的铁素体区,缩小了马氏体区。随着等温温度的下降,3#钢中形成的晶内铁素体由等轴状转变为针状,500℃为晶内针状铁素体的最佳形成温度。3#钢中诱导晶内铁素体相变的夹杂物为（Ti-Mg-Ca-Ce-Al-O）型复合氧化物或其与MnS组成的复合夹杂物。夹杂物诱导晶内铁素体相变的机制为贫Mn区机制和最小错配度机制。从3#钢500℃等温转变的体积膨胀曲线观察到晶内铁素体转变在10s左右完成,而其晶界取向差呈现具有贝氏体转变特征的双峰分布,缺少取向差角度在21°～47°范围的晶界,说明晶内铁素体具有与贝氏体相同的转变机制。