CSP低碳微Ti钢中Ti(C,N)的析出行为

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.06.010 第27卷第6期 北京科技大学学报 VoL27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2005 CSP低碳微Ti钢中Ti(C,N)的析出行为 柏明卓柳得橹娄艳芝 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要通过实验观察及热力学计算，研究了CSP低碳微T下钢中的T(C,)析出.实验观察到 大量15~30nm的Ti(C,N)第二相粒子，它们在铸坯均热保温和前两道次的热轧中析出并长大 充分：均热前CP铸坯中只有很少量尺寸约大于50m的TN粒子析出，铸坯中观察不到微 米级的大块TN夹杂.研究结果表明，CSP工艺下粒子析出行为同传统工艺相比发生了变化， 所以微量在钢中的作用也有很大不同. 关键词CSP:析出：奥氏体再结晶：晶粒细化 分类号TG142.1 CSP工艺生产热轧板区别于传统工艺的两个 热轧成品板分别取试样A,B,并且将微T钢还 显著特点是：铸坯薄、冷速快和热直轧工艺.这两 未进入均热炉的连铸坯料从高温剪下并水冷至 个方面引起的一个重要问题是傲合金元素对组 低温铸坯取样，试样成分如表1所示，铸坯试样 织性能的影响发生改变.例如CSP低碳钢中，氧、 的成分与试样B相同， 疏化物的析出形态和作用改变，CSP工艺生产 表1CSP汽车梁用热轧板的化学成分（质置分数） Nb微合金管线钢时易引起混晶组织.T作为常 Table 1 Chemical composition of the steels 见的微合金添加元素，常用来改善或提高钢的性 试样 C Mn Si P S Cu 能.通常，传统工艺下T以TN形式析出，在铸坯 A0.1791.210.280.0230.0040.11 凝固后和再加热时可以有效阻碍奥氏体晶粒长 B 0.1701.180.320.0190.0020.10 大，从而细化轧前初始奥氏体晶粒，.在珠钢CSP 试样 Ni Cr Als Ti N 0.043 0.0400.0210.005 0.006 工艺生产的500MPa级汽车梁用热轧板中也添加 A B0.0360.0240.0190.0160.006 微量Ti,以改善钢板强韧性.但是鉴于CSP工艺 的上述特点，对钢的性能影响将有别于传统工 对试样A,B,通过萃取制备碳复型试样和双 艺，所以有必要研究并探讨CSP条件下微量Ti在 喷制备薄膜试样等技术，在透射电镜(TEM)下对 钢中的作用行为.笔者在对CSP工艺生产的傲钛 析出物的形貌、尺寸和数量进行了观察，并统计 低碳汽车梁用热轧板进行研究时，发现了大量细 了粒子尺寸分布.同时，采用X射线能谱(XEDS) 小的含T沉淀粒子.本文就是对这些T沉淀粒子 对析出粒子成分进行了分析. 的析出行为和影响做一研究，并探讨微量T在薄 为了确定Ti析出相是否在铸坯中就已经以 板坯连铸连轧钢中的作用及其与传统工艺钢的 TN形式大量沉淀析出，实验对微T铸坯试样在 区别. 厚度方向的表面处、1/4厚度处和中心部位分别 取样并制备了萃取复型和薄膜试样，进行TEM 1实验材料与方法 观察. 实验材料取自珠钢生产的CSP汽车梁用热2： 实验结果与分析 轧板的成品板和铸坯.对残余含量T和微量的 2.1成品板中的Ti(C,N)析出粒子 收稿日期：2004-11-15修回日期：200501-18 透射电镜(TEM)观察结果显示，CSP热轧汽 基金项目：国家自然科学基金资助项目No.50371009) 作者简介：柏明卓(1980一)，男，硕士研究生 车板成品板试样A、B中都有规则外形粒子析出

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 、 一 伙 。 低碳微 钢 中 ， 的析 出行为 柏 明 卓 柳得槽 委艳 芝 北 京科技大 学材料 科学 与工 程学 院 ， 北 京 摘 要 通 过实验 观 察及 热力 学计 算 ， 研 究 了 低 碳微 钢 中的 ， 析 出 实验观 察 到 大 量 一 的 ， 第 二 相 粒 子 ， 它们 在铸坯 均热 保温和 前 两 道 次 的热 轧 中析 出并长大 充 分 均 热 前 铸 坯 中只 有 很 少 量 尺 寸约 大 于 的 下 粒 子 析 出 ， 铸 坯 中观 察不 到 微 米级 的大块 夹 杂 研 究结果表 明 ， 工 艺下 粒 子析 出行为 同传 统工 艺相 比 发 生 了变化 ， 所 以微 量 在钢 中的作用 也 有很 大不 同 关键词 析 出 奥 氏体再 结 晶 晶粒 细 化 分 类号 工 艺 生产 热 轧板 区别 于传 统 工 艺 的两个 显 著特 点是 铸 坯 薄 、 冷 速 快和 热直 轧 工 艺 这 两 个 方 面 引起 的一 个 重 要 问题 是 微 合 金 元 素 对 组 织 性 能 的影 响 发 生 改变 例 如 低 碳 钢 中 ， 氧 、 硫 化 物 的析 出形 态和 作用 改变 ‘日， 工 艺 生产 微 合 金 管线 钢 时 易 引起 混 晶组 织 。 ， 作 为常 见 的微合 金添 加元 素 ， 常用 来 改善 或提 高钢 的性 能 通 常 ， 传 统 工 艺下 以下 形 式析 出 ， 在铸 坯 凝 固后 和 再 加 热 时 可 以有 效 阻碍 奥 氏体 晶粒 长 大 ， 从 而 细 化 轧 前 初 始 奥 氏体 晶粒‘ 在 珠 钢 工 艺 生 产 的 级 汽 车梁 用热 轧板 中也添 加 微 量 ， 以改善 钢 板 强韧 性 但 是 鉴 于 工 艺 的上 述 特 点 ， 对 钢 的性 能影 响将 有 别 于 传 统 工 艺 ， 所 以有 必 要 研 究并探 讨 条件下 微 量 在 钢 中 的作用 行 为 笔者 在对 工 艺 生产 的微 钦 低 碳 汽 车 梁 用 热 轧 板进 行研 究 时 ， 发现 了大 量 细 小 的含 沉 淀 粒 子 本 文 就 是对 这 些 沉 淀 粒 子 的析 出行 为和 影 响做 一研 究 ， 并探 讨 微量 在 薄 板 坯 连 铸 连 轧 钢 中 的作 用 及 其 与传 统 工 艺 钢 的 区 别 热 轧成 品板 分 别 取 试 样 ， ， 并且将 微 钢 还 未进 入 均热 炉 的连 铸 坯 料 从 高温 剪 下 并水 冷 至 低 温 铸 坯 取样 试 样 成 分 如 表 所 示 ， 铸 坯试 样 的成 分 与试 样 相 同 表 汽车梁用热轧板 的化 学成分 质 分 数 叫 叭 廿 慨卜 试 样 一，‘， 、一封，一盛卫 试样 一 实验材 料 与方 法 实验 材 料 取 自珠 钢 生产 的 汽 车梁 用 热 轧板 的成 品板 和 铸 坯 对 残 余 含量 和微 量 的 收稿 日期 今 一 修 回 日期 刁 一 基金 项 目 国家 自然科学基 金 资助项 目困 作者简介 柏 明卓 一 ， 男 ， 硕 士 研 究生 对 试 样 ， ， 通 过 萃 取 制 备 碳 复型 试 样 和 双 喷 制备 薄膜试 样 等 技术 ， 在透 射 电镜 下 对 析 出物 的形 貌 、 尺 寸和 数量 进 行 了观 察 ， 并 统计 了粒 子 尺 寸 分 布 同时 ， 采 用 射 线 能谱 对 析 出粒 子 成 分 进 行 了分 析 为 了确 定 析 出相 是 否 在铸 坯 中就 已经 以 形 式 大 量 沉 淀 析 出 ， 实 验 对 微 铸 坯 试 样 在 厚度方 向 的表 面 处 、 厚 度 处 和 中心 部 位 分 别 取 样 并 制 备 了萃 取 复 型和 薄膜 试 样 ， 进 行 观 察 实验结 果 与分 析 成 品 板 中 的 ， 析 出粒 子 透 射 电镜 观 察 结果 显 示 ， 热 轧汽 车板成 品板试 样 、 中都有 规 则 外 形粒子 析 出 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．06．010

·680· 北京科技大学学报 2005年第6期 粒子外形多为方形、长方形.在试样A(0.005%Ti) 在TEM电镜下对萃取复型试样随机取20个 中，粒子数量较少，在随机视场中很难找到粒子 视场，统计粒子尺寸，结果如图1(c).粒子尺寸多 的分布，图1(a)为试样A的萃取复型中粒子分布 分布在15~30nm,大于60nm的粒子很少，而且没 较多区域的TEM照片.但试样B(0.016%T)的 有观察到微米级以上的TN夹杂，粒子平均尺寸 TEM观察显示，该类析出粒子明显增多，随机视 约为23nm.图1(e)是15-30nm析出粒子的X射 场中都可以观察到一定数量粒子的分布，如图1 线能谱(XEDS).能谱分析结果表明，此类方形或 (⑥)：粒子尺寸同试样A相比没有差别.同时需要 长方形粒子均为T(C,N).由于能谱仪分辨率的限 指出，粒子的分布密度实际上达不到复型照片中 制和复型中C膜的影响，不能有效区分能谱中的 的程度，在对同一样品的薄膜试样的观察中，发 C峰和N峰：而且，TC和TN的晶格常数非常接 现粒子的分布密度要少很多，说明粒子在制备复 近.所以，无法通过X射线能谱或电子衍射确切 型试样时会在浸蚀面堆积，这会影响粒子体积分 地判断粒子为TiC,TiN或Ti(C,N).但是对比粒子 数的统计，但不影响尺寸统计， 能谱和复型中FeC的能谱（图1(）)，显然粒子能 (b) 35 330 30 25 20.9 10.8 10 53 8s 16 0 10-1515-2020-2525-303035334040-45450 100nm 100nm 晶粒尺寸nm 280 (e) 0 240 300 200 25 nm 220 160 N 200) ,(220) 120 160 80 40 T万 80 (000) (020) 0 0 1 2345 6 4 能量/keV 能量/keV 品1诚样中时析山程子、粒子的尺寸统计、词别和EDS形增.)试杆Au心，U57%)中的析出粒于：D)试种B心.016%)中的析 出粒子：(c)粒子尺寸分布统计图：d粒子的衍射花样及其形貌：(e小粒子的XEDS:(d)Fe,C的对比XEDS Fig.1 Fine particles observed in steels(a,b)and their statistical distribution diagram(c),diffraction pattern(d),and XEDS spectra (e, 谱中的C(N)峰较FeC中的纯C峰有一定宽化， 表明析出粒子含N元素，图1(d)是一颗粒子的电 子衍射花样及其指标化结果，晶格常数的计算结 果约为0.42nm,与TiC/TN相近，进一步证明析出 180 50nm 相为立方系的Ti(C,N). 160 实验还特别对尺寸较大(60nm)的粒子与小 120 粒子的能谱和电子衍射作了对比研究，结果表明 大尺寸粒子的XEDS谱中的N峰更加明显（如 图2).由电子衍射计算得到的晶格常数比小粒子 0 234 5 67 稍小，所以推断此类大尺寸粒子是凝固过程中或 能量/keV 图2大尺寸粒子形貌像及其能谱 凝固后高温阶段在铸坯局部析出的TN. Fig.2 Large particle with its XEDS

‘ 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 ‘ 期 粒 子 外 形 多为方 形 、 长 方形 在 试样 中 ， 粒 子数 量 较 少 ， 在 随机 视场 中很 难 找 到粒 子 的分布 ， 图 为试 样 的萃取 复型 中粒 子 分 布 较多区 域 的 照 片 但 试样 的 观 察 显 示 ， 该类 析 出粒 子 明显 增 多 ， 随机 视 场 中都 可 以观 察 到 一定 数量 粒 子 的 分布 ， 如 图 粒 子 尺 寸 同试 样 相 比 没 有 差别 同时需 要 指 出 ， 粒 子 的分 布密度 实 际上达 不 到复型 照 片 中 的程 度 ， 在 对 同一 样 品 的薄膜 试 样 的观 察 中 ， 发 现粒子 的 分布密度 要少很 多 ， 说 明粒子 在制 备复 型试样 时会在浸蚀面堆 积 ， 这会 影 响粒子 体积 分 数 的统 计 ， 但 不影 响尺 寸统 计 在 电镜 下 对 萃 取 复 型试 样 随机 取 加 个 视 场 ， 统 计 粒 子 尺 寸 ， 结 果 如 图 粒 子 尺 寸 多 分布在 一 ， 大于 的粒 子 很 少 ， 而且 没 有 观 察到 微 米 级 以上 的 夹杂 ， 粒 子 平 均 尺 寸 约 为 ， 图 是 一 析 出粒 子 的 射 线 能谱 能谱 分 析 结 果 表 明 ， 此 类 方 形或 长 方 形粒 子均 为 ， 由于 能谱 仪 分辨 率 的 限 制 和 复 型 中 膜 的影 响 ， 不 能有 效 区 分 能谱 中 的 峰和 峰 而 且 ， 和 的 晶格 常 数非 常接 近 所 以 ， 无 法 通 过 射线 能谱 或 电子 衍 射确 切 地 判 断粒 子 为 ， 肠 或 ， 但 是对 比粒子 能谱 和 复型 中 的能 谱 图 助 ， 显 然粒 子 能 国 姚忏 ， 则 价 田 松了 ” 松了俐 八 、 玩订 、 ，汀 娜 和 ” 。 屁 描 · 姆，城 件 少 ，， ” 甲 的 价 山 权 于 气 试样 肠 沙 刀 中 的 析 出粒子 粒子尺 寸分 布统 计 图 粒子 的衍射花样及 其形 貌 小 粒子 的 ， 的对 比 加 俪 加 时倪肠 低 比晰 廿 如 山 盯 ， 们介 廿 枷几 ， 低 谱 中的 峰较 中 的纯 峰有 一 定 宽化 ， 表 明析 出粒 子 含 元 素 图 是 一颗 粒 子 的 电 子衍射花样 及其 指 标 化 结果 ， 晶格 常数 的计 算 结 果 约 为 ， 与 相近 ， 进 一 步证 明析 出 相 为立 方 系 的 ， 实验 还特 别 对 尺 寸较 大 的粒 子 与 小 粒 子 的能谱和 电子衍射作 了对 比研 究 ， 结果表 明 大尺 寸粒子 的 谱 中 的 峰更 加 明显 如 图 由 电子衍 射 计 算得 到 的晶格常数 比小粒子 稍 小 ， 所 以推 断此类 大尺 寸粒 子 是凝 固过程 中或 凝 固后 高温 阶段 在铸 坯 局 部 析 出的

VeL27 No.6 柏明卓等：CSP低碳微Ti钢中Ti(C,)的析出行为 ·681· 另外，成品板中粒子的分布不很均匀，往往 出粒子在铁素体区域和珠光体区域的分布区别 呈一定排列趋势，如图1(a)和图3(a)所示.粒子分 (如图3).比较发现，粒子在两区域分布的数量和 布区域的不均匀与T在钢凝固过程中的枝晶偏 尺寸无明显差异，说明该类粒子在奥氏体向铁素 聚有关：粒子按一定趋向分布说明粒子易于沿奥 体转变前已经充分析出， 氏体晶界处析出.实验还对比观察了T(C,N)析 a 100nm 100nm 图3试样B中的T(C,)析出.(a)铁素体区：(b)珠光体区 Fig.3 Ti(C,N)particles precipitated in ferrite(a)and pearlite(b) 22铸坯中的第二相粒子 出相初始形核时为了保持总的界面能最小，粒子 在铸坯试样中同样观察到了T的析出相.图 呈球状：随着粒子长大，由于不同晶面的界面能 4(a),(b)分别是铸坯1/4厚度和1/2厚度（中心）部 不同，长大速度也不同，而最终呈一定形状.面心 位的萃取复型的TEM照片，与成品板试样B比 立方结构的TiC,TiN或Ti(C,N),一般由{100}晶面 较，铸坯中的析出粒子数量明显减少，粒子尺寸 控制着析出相的长大，从而形成立方体外形.铸 也相对较小，一般不大于20nm.粒子形状大多接 坯表面部位的复型试样中很少能观察到T的析 近方形，但14厚度处粒子棱角不分明，接近圆 出粒子，只是在薄膜中观察到数量很少的更细小 角，一些尺寸更小的粒子则为球形：1/2厚度处粒 的Ti析出粒子， 子棱角则相对清晰，说明长大相对充分.因为析 10nm 100nm 100nm 25nm (d) (e) u0[(0 Ti 160 400F 120 莱300 80 Ti 200- IN 40 100 Cu Ti Cu 2 0 2 3 50 nm 能量/keV 能量/keV 图4铸还试样中析出的粒子及其XEDS能谱.()1/4厚度处复型的TEM像片：(b)1/2潭度处复型的TEM像片：(c)(d)铸还萃取 复型中观察到的大尺寸粒子的XEDS:(e)、(0小粒子(<20nm)和大粒子(60nm)的XEDS Fig.4 TEM images (a,b)and XEDS spectra of particles (c-D)in slab samples

‘ 柏 明卓等 低碳 微 竹 钢 中 ， 的析 出行为 。 另 外 ， 成 品板 中粒 子 的分 布 不 很 均 匀 ， 往往 出粒 子 在 铁 素 体 区 域 和 珠 光 体 区 域 的分 布 区 别 呈 一 定排列趋 势 ， 如 图 和 图 所 示 粒 子 分 如 图 比较 发现 ， 粒 子 在 两 区 域 分布 的数 量 和 布 区域 的不 均 匀 与 在 钢 凝 固过 程 中的枝 晶偏 尺 寸无 明显 差异 ， 说 明该类粒 子在 奥 氏体 向铁 素 聚有 关 粒 子 按 一 定趋 向分布 说 明粒 子 易 于沿 奥 体转变 前 已经 充 分 析 出 氏体晶界 处 析 出。 ， 实验 还对 比观 察 了 ， 析 图 试样 中的 川析 出 铁素体 区 珠 光体 区 哈 ， 目 俪 比 娜 加 铸坯 中的第 二 相 粒 子 出相 初 始 形 核 时 为 了保持 总 的界面 能最 小 ， 粒 子 在铸 坯 试 样 中同样 观 察到 了 的析 出相 图 呈 球状 随着 粒 子 长 大 ， 由于 不 同 晶面 的界 面 能 ， 分 别 是铸 坯 厚度 和 厚度 中心 部 不 同 ， 长 大速度 也不 同 ， 而 最 终呈 一 定形 状 面 心 位 的萃取 复 型 的 照 片 与 成 品板试 样 比 立 方 结 构 的 ， 或 ， ， 一般 由 晶面 较 ， 铸坯 中的析 出粒 子 数 量 明显 减 少 ， 粒 子 尺 寸 控 制着析 出相 的长 大 ， 从而 形成 立 方体外 形川 铸 也相 对 较 小 ， 一般 不 大 于 粒 子 形 状 大 多接 坯 表 面 部 位 的 复型 试样 中很 少 能观 察 到 的析 近 方 形 ， 但 厚 度 处 粒 子 棱角 不 分 明 ， 接 近 圆 出粒 子 ， 只 是在 薄膜 中观 察到 数 量 很 少 的更 细 小 角 ， 一 些 尺 寸 更 小 的粒 子 则 为球 形 厚度 处粒 的 析 出粒 子 子 棱角则 相 对 清 晰 ， 说 明长 大 相 对 充 分 因 为 析 一 冲 尸 日」 目曰 份浙理 目 奋址巴 砚目叹二匆祠幽 ， ‘ 泛 队忆 少 卜 之少 ，日研 识 臼斧剐臼 刊 、 沃 岁 又 沃 ﹃ 裁卞 州人 沙﹄盯训洲阴旧 氛卞 能量 能量 图 铸坯 试样 中析 出的粒子及其 能谱 厚度处 复型 的 像 片 厚度处 复型 的 像 片 ， 铸坯 苹取 复型 中观察到 的大 尺 寸粒子 的 、 仍 小粒子 心 和 大粒子 场 的 论 · 加 ， ， 柱 一 加

·682· 北京科技大学学报 2005年第6期 图4(c),(d)是在铸坯中观察到的少量尺寸在 细化的作用十分明显， 50m以上的大粒子，该类粒子在数量和分布上 根据这一理论，比较传统工艺与CSP工艺的 同成品板中观察到的60nm以上的粒子差不多. 特点，对于TNTi(C,N)的析出行为可作如下分 与小于20nm小粒子的XEDS对比表明，小粒子 析.传统工艺中，采用厚坯，冷速较慢.一方面使 能谱中C(N)峰尖锐，而大粒子由于含N较高其 得T的偏析变得严重，造成局部区域TN的开始 XEDS谱上呈现出如图4（①所示的C与N的重叠 析出温度升高.另一方面，俦坯冷却过程中，冷速 峰.这一结果与成品板中的对比结果相同，可以 慢使得TN在动力学上具有析出条件，从而在较 断定大粒子是TN或含N较高的Ti(C,N).粒子在 高温度析出并容易长大至较大尺寸，甚至长成微 较高温度就已经析出长大，成品板中的大粒子 米级以上夹杂物，失去微合金化作用，另外，传 (>60nm)就是此类析出相长大的结果， 统工艺中铸坯还要经过再加热的过程.再加热 铸坯中小粒子数量远少于成品板中T(C,N) 时，已析出的TN要重新溶解和长大，但由于粒 数量，这些粒子不是成品板中粒子在均热前铸坯 子难以完全重溶，所以合金元素的固溶量受到限 里的原始形态，而是在实验连铸坯剪取下来之后 制.据报道，大于25nm的Ti的碳氮化物在 在冷却的过程中析出的.粒子在铸坯表面、1/4厚 1300℃以上才开始溶解，而且直到液态时才能完 度以及中心部位的数量依次增多，形状趋于完 全溶解，所以，传统工艺下铸坯在热变形前T的 整.造成这种分布和外形差异的原因是：在均热 固溶量不大，热变形中析出的细小沉淀相数量很 前的实际铸坯中，基本上没有20nm以下的这类 少.因此传统工艺下，加入微量的主要作用是 T(C,N)粒子的析出（相关分析见后面讨论）.铸坯 在铸坯中析出细小沉淀相，在铸坯凝固后和再加 在剪后水冷过程中，表面冷速很高，析出相没有 热过程中阻碍奥氏体的晶粒粗化.但粒子在再加 沉淀析出的动力学条件，所以观察不到析出相的 热过程中逐渐粗化，因此对热轧过程中再结晶奥 存在.但铸坯有一定厚度，从铸坯表面到中心冷 氏体的晶粒细化贡献不大， 速逐渐减慢，在1/4厚度处粒子已经可以沉淀析 但对于CSP工艺，情况就大不一样. 出并长大，但粒子不能长大充分.在铸坯中心部 Kunishige对微量Ti在热直轧工艺下作用的研究 分冷速更慢，粒子长大相对充分，从而粒子外形 表明，在传统工艺下1150℃再加热保温后有 棱角更加清晰， 80%的Ti留在了TN沉淀中，但在热直轧工艺下 2.3TNT(C,N)析出的热力学计算及讨论 T的固溶量在80%以上，这一数据指出CSP的热 TN/TiC在钢液(L)和奥氏体(y)中的溶解度与 直轧工艺下Ti在热轧前有高的固溶量.Kunishige 温度T的关系由下式给出川： 还指出，微Ti(0.01%~0.02%)钢在以大于36 lgI%Ti[%N)=-17040 6.40 ℃·min冷速冷却时，观察不到Ti沉淀相的析 T 1g%Til[6N,=-15790+5.40, 出.这证实和解释了本工作中均热前铸坯中没有 T 大量细小沉淀相析出的论断.因为CSP采用连铸 1g%Ti%CW=-70275. 薄坯，铸坯冷速很快，可达120℃·min',而传统 根据实验钢的成分（表1），可以得到TN和 厚坯工艺约仅为9℃·min1.CSP铸坯在1000℃ TC在液态和奥氏体析出温度的热力学计算结 高温直接进入均热炉，合金元素T的析出相没有 果，分别为TN为1363℃，TiN,为1404℃，TiC,为 先析出再部分重溶的过程，从而使得T在奥氏体 1044℃，显然，就钢中Ti,N元素的含量，达不到 中的固溶量大大提高，充分发挥了的合金潜 TN在液态析出的热力学条件.在平衡条件下， 力.这也就是粒子均热前析出很少而在均热和热 TN将在凝固后的高温区域析出，由于温度高，所 轧时大量析出的根本原因. 以形核率低且长大容易，因此析出粒子的数量少 综合以上分析可见，CSP工艺条件下Ti的碳 且尺寸粗大.但如果在动力学上抑制这一阶段的 氨化物析出主要集中在均热过程和其后前两道 沉淀行为，使粒子在后面的较低温阶段和热变形 次的热轧中.铸坯在均热炉1150-1050℃保温30 过程中析出，由于高的过饱和度和低的析出温 min过程中，Ti(C,N)开始大量形核并长大.随着 度，析出粒子将变得弥散细小化.由于在再结晶 进入热轧，大的变形量促使T(C,N)的析出加剧， 控制轧制时细小的(C,N)对阻碍再结晶奥氏体 析出粒子长大至2030nm左右逐渐稳定. 晶粒的长大极为有效，所以钢中微量T对晶粒

韶 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 图 ， 是在铸坯 中观 察到 的少 量 尺 寸 在 以上 的大粒 子 ， 该类 粒 子 在 数 量 和 分布 上 同成 品板 中观 察到 的 以上 的粒 子 差 不 多 与 小于 小粒 子 的 对 比表 明 ， 小粒 子 能谱 中 峰尖 锐 ， 而 大粒 子 由于 含 较 高 其 谱上 呈现 出如 图 力所示 的 与 的重 叠 峰 ， 这 一 结 果 与成 品板 中 的对 比结果 相 同 ， 可 以 断 定 大 粒子 是 或 含 较 高 的 ， 粒 子 在 较 高温 度 就 已 经 析 出长 大 ， 成 品板 中 的大 粒 子 就 是 此 类 析 出相 长 大 的结 果 铸 坯 中小粒 子数量 远 少 于 成 品板 中 ， 数量 ， 这些粒 子不是成 品板 中粒 子在均 热前铸坯 里 的原始 形 态 ， 而 是在实验 连铸 坯剪取 下 来 之 后 在 冷 却 的过程 中析 出 的 粒 子在 铸 坯表 面 、 厚 度 以及 中心 部 位 的 数量 依 次增 多 ， 形 状 趋 于 完 整 造 成 这 种 分布和 外形 差异 的原 因是 在 均 热 前 的实 际铸 坯 中 ， 基本 上 没 有 以下 的这类 ， 粒 子 的析 出 相关分析见 后 面 讨论 铸坯 在 剪 后 水冷 过 程 中 ， 表 面 冷速 很 高 ， 析 出相 没 有 沉 淀 析 出的动 力 学条件 ， 所 以观 察 不 到析 出相 的 存在 但铸 坯 有 一 定厚度 ， 从铸 坯表 面 到 中心 冷 速 逐 渐减 慢 ， 在 厚度 处 粒 子 己经 可 以沉 淀 析 出并 长 大 ， 但 粒 子 不能长 大 充 分 在铸 坯 中心 部 分冷速 更慢 ， 粒 子 长大 相 对 充 分 ， 从 而 粒 子 外 形 棱 角 更 加 清 晰 刃 竹 ， 析 出的 热 力 学计 算 及 讨 论 肠 厂 在钢 液 和 奥 氏体 中的溶解度 与 温 度 的关 系 由下 式给 出伟， 【 一 〕 ， 一 ， 一 ， 一︸ 一 门了， 一、︸仆︸了丹 根据 实验 钢 的成分 表 ， 可 以得 到 石 和 在 液 态 和 奥 氏 体析 出温 度 的热 力 学 计 算 结 果 ， 分 别 为 肠 为 ” ℃ ， 肠 丫为 ℃ ， ，为 ℃ 显 然 ， 就钢 中 ， 元 素 的含 量 ， 达 不 到 石 在液态 析 出的热力 学 条件 在平 衡条件 下 ， 石 将在凝 固后 的高温区域析 出 ， 由于温度 高 ， 所 以形核率低 且 长 大容易 ， 因此 析 出粒 子 的数 量 少 且 尺 寸粗大 但 如 果 在动 力学上 抑制这 一 阶段 的 沉 淀行 为 ， 使粒 子在 后面 的较低温 阶段 和 热 变 形 过 程 中析 出 ， 由于 高的过 饱 和 度 和 低 的析 出温 度 ， 析 出粒 子将 变得弥散细 小化 由于 在 再 结 晶 控 制 轧 制 时 细 小 的 毛 ， 对 阻碍 再 结 晶 奥 氏 体 晶粒 的 长大 极 为 有效‘习， 所 以钢 中微 量 对 晶粒 细 化 的作 用 十 分 明显 根 据 这 一 理 论 ， 比较 传 统 工 艺 与 工 艺 的 特 点 ， 对 于 爪 ， 的析 出行 为可 作 如 下 分 析 传 统 工 艺 中 ， 采 用 厚坯 ， 冷速 较 慢 一方 面使 得 的偏 析 变得严 重 ， 造 成 局 部 区 域 的开 始 析 出温度升 高 另一 方面 ， 铸坯 冷 却过程 中 ， 冷速 慢 使得 在 动 力 学上 具 有析 出条件 ， 从 而 在 较 高温度 析 出并容 易 长 大至 较 大尺 寸 ， 甚至 长成 微 米 级 以上 夹杂 物 ，，， 失 去微 合 金 化 作用 另外 ， 传 统 工 艺 中铸 坯 还 要 经 过 再 加 热 的过 程 再 加 热 时 ， 己 析 出 的 要 重 新 溶 解 和 长 大 ， 但 由于 粒 子难 以完全 重溶 ， 所 以合金元 素 的固溶量受 到 限 制 据 报 道 ‘ ， 大 于 的 的碳 氮 化 物 在 ℃ 以上才 开 始 溶解 ， 而 且 直 到液态 时才 能完 全 溶解 所 以 ， 传 统 工 艺 下 铸 坯 在 热变形 前 的 固溶 量 不大 ， 热变形 中析 出的细 小沉淀 相 数量 很 少 因此传 统 工 艺下 ， 加 入 微 量 的主 要 作用 是 在铸坯 中析 出细 小沉淀 相 ， 在铸坯凝 固后和 再加 热 过程 中阻碍奥 氏体 的晶粒 粗化 但粒 子在 再 加 热 过程 中逐 渐粗 化 ， 因此对热 轧过程 中再 结 晶奥 氏体 的 晶粒 细化 贡 献 不 大 但 对 于 工 艺 ， 情 况 就 大 不 一 样 对 微 量 在 热 直 轧 工 艺 下作用 的研 究 表 明 ‘川 ， 在 传 统 工 艺 下 ℃ 再 加热保 温 后 有 的 留在 了 沉 淀 中 ， 但 在 热直 轧 工 艺下 的 固溶 量 在 以上 ， 这 一 数据 指 出 的热 直 轧 工 艺下 在 热 轧 前有 高的 固溶量 画 还 指 出 ， 微 一 钢 在 以 大 于 ℃ · 一 ，冷 速 冷 却 时 ， 观 察 不 到 沉 淀 相 的析 出 这 证 实和解释 了本工 作 中均热 前铸坯 中没 有 大量 细 小沉 淀 相 析 出的论 断 因为 采用 连铸 薄 坯 ， 铸坯冷 速 很 快 ， 可 达 ℃ · 触 一 ，， 而 传 统 厚 坯 工 艺约仅 为 ℃ · 一 ‘ 〔川 铸坯在 ℃ 高温 直接进 入 均热 炉 ， 合 金 元 素 的析 出相 没有 先 析 出再 部分 重 溶 的过程 ， 从 而使得 在 奥 氏体 中 的 固溶 量 大 大 提 高 ， 充 分 发挥 了 的合 金 潜 力 这 也就 是粒 子均热 前析 出很少 而在均 热和 热 轧 时大量 析 出 的根 本 原 因 综 合 以上 分 析 可 见 ， 工 艺条件下 的碳 氮 化 物 析 出主 要 集 中在 均 热 过 程 和其后 前 两 道 次 的热 轧 中 铸坯 在 均 热 炉 巧小 ℃ 保温 过 程 中 ， ， 开 始 大 量 形 核并长 大 随着 进 入热 轧 ， 大 的变 形 量 促使 ， 的析 出 加剧 ， 析 出粒 子长 大 至 一 左 右 逐渐稳定

Vol.27 No.6 柏明卓等：CSP低碳微T钢中T(C,N)的析出行为 ·683· 2.4T(C,N)析出对钢的组织性能的影响 大大提高了傲合金元素的合金化潜力，微T下钢在 CSP工艺下，Ti(C,N)的析出行为决定了T的 CSP工艺下析出了更加均匀细小的T(C,N)粒子. 作用主要在于阻碍再结晶奥氏体晶粒长大，而对 (3)粒子析出行为的改变，使得T对钢的组织 轧前铸坯组织影响不大，所以，也避免了传统工 性能的作用发生改变.CSP工艺条件下，了沉淀 艺中由于的沉淀相在铸坯中的大量析出造成 相的析出不会影响铸坯的高温塑性，对热轧前的 高温时塑性降低并引发铸坯表面裂纹的情况. 铸坯组织影响不大.细小析出粒子主要在热轧时 CSP工艺下由于细小粒子在均热后和热轧中大 阻碍再结晶奥氏体晶粒的长大，从而最终细化组 量析出，对再结晶奥氏体的细化作用大大增强， 织，提高强度和韧性.微量在钢中对强度的影 使得最终组织更加细化，从而提高了钢的强度和 响主要表现在细晶强化上，对沉淀强化影响不 韧性.实际生产表明，在钢中添加微量的T,提高 大 了钢的强韧性，减轻了CSP热轧板冷弯裂纹现象 参考文献 的发生. [1】柳得槽，王元立，霍向东，等.CSP低碳钢的晶粒细化与强 另外，由于合金元素沉淀强化的贡献主要 韧化.金属学报，2002,38(6)：647 是Y+α转变过程中和相变后铁素体中的大量弥 [2]刘清友，蓝瀚，孙新军.CSP工艺中含Nb钢的混晶问题及 散析出，而T(C,N)的析出温度较高，在相变前Ti 改善方法.铜铁，2003,38(6)：16 的固溶量已经很低，而且实验中也证实相变时和 [3]肖锋.微钛处理钢中T(C、)第二相质点析出长大行为 及其对晶粒长大的阻止作用研究.四川冶金，1998,4：48 相变后基本上没有粒子析出，所以T对强度的贡 [4]王淑清，陈秀芳，赵秉军，微钛低碳钢板的微观组织观察 献主要来自细晶强化，而沉淀强化作用不高， 与分析.材料科学与工艺，1996,4(2)：25 [5们]李永良，陈梦谪.微钛钢中TN析出对奥氏体晶粒长大的 3结论 影响.北京师范大学学报（自然科学版）.1999,35(1)：38 [6]Turkdogan E'T.Causes and effects of nitride and carbonitride pre- (I)在CSP微Ti汽车梁用热轧板中，T含量从 cipitation during continuous casting.Iron Steelmaker,1989,16 (5):61 0.005%增加到0.016%，粒子析出数量显著增加， [7们Pickering F B.钢的组织与性能刘嘉禾，译.北京：科学出 尺寸没有变化.实验观察到大量T(C,N)细小粒子 版杜，1999.168 析出，尺寸分布统计表明粒子尺度多在15~30 [8】傅杰，朱剑，柳得槽.微合金钢中TN的析出规律研究.金 nm,该类粒子在均热前的铸坯没有大量析出，主 属学报，2000,36(8)：801 [9]Kaspar R,Zentara N,Herman J.Direct charging of thin slabs of 要是在均热和热轧过程中析出的，并在Y→α相变 a Ti-microalloyed low carbon steel for cold forming.Steel Res, 前已经充分长大.钢中还有一类60nm以上的TiN 1994.65(7):279 粒子，数量很少，是在凝固后高温阶段铸坯中局 [10]Kunishige K,Nagao N.Strengthening and toughening of hot-di- rect-rolled steels by addition of a small amount of titanium.ISIJ, 部析出.实验中没有观察到微米级以上的大块 1989,2911):940 TiN夹杂. [11]Gadellaa I R F,Pict D I,Kreijger J,et al.Metallurgical aspects of (2)通过比较Ti的析出相在传统工艺和CSP thin slab casting and rolling of low carbon steels.In:MENEC 工艺中的析出行为的差别，说明了傲合金元素在 Congress94,1994.382 [12]吴冬梅，王新华，王万军，等.含铌钛傲合金化钢连铸坯高 CSP工艺钢中的作用有别于传统工艺.CSP工艺 温变形试样中碳氨化物的析出.化工冶金，1997,18(3)：273 Precipitation behavior of Ti(C,N)in CSP low carbon steel with small amount of Ti addition BAI Mingzhuo,LIU Delu,LOU Yanzhi Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The precipitation behavior of Ti(C,N)particles in CSP low carbon steel with Ti addition was studied by experimental observation and thermodynamic calculation.Large amount of fine Ti(C,N)particles with 15-30 nm in size were observed,which were precipitated and grew up during the soaking and in the first two hot rolling process. There were only a few TiN particles of more than 50 nm in size precipitated in the slabs before soaking,and no TiN inclusions larger than 1 um were observed.The results show that the precipitation behavior in the steel produced by the CSP technology is different from that in the conventional one.The effects of small amount of Ti addition on the properties of steels are also different KEY WORDS CSP;precipitation;austenite recrystallization;grain refinement

， ， 柏 明 卓 等 低碳微 皿 钢 中 针 ， 的析 出行 为 一 ， 析 出对 钢 的组 织 性 能 的影 响 工 艺 下 ， ， 的析 出行 为 决 定 了 的 作用主 要在 于 阻碍 再 结 晶奥 氏体 晶粒 长 大 ， 而 对 轧前铸 坯 组 织 影 响不 大 所 以 ， 也避 免 了传 统 工 艺 中 由于 的沉 淀相 在铸 坯 中的大量 析 出造 成 高温 时塑 性 降低 并 引发铸 坯 表 面 裂 纹 的情 况 工 艺 下 由于 细 小粒 子 在 均 热 后 和 热 轧 中大 量 析 出 ， 对 再 结 晶奥 氏 体 的细化 作用 大 大 增 强 ， 使 得最 终组织 更 加 细化 ， 从 而提 高 了钢 的强度 和 韧 性 实 际生产 表 明 ， 在 钢 中添加 微 量 的 ， 提 高 了钢 的强韧 性 ， 减 轻 了 热 轧板冷 弯裂 纹 现 象 的发生 另 外 ， 由于 合 金 元 素 沉 淀 强 化 的 贡 献 主 要 是 转 变 过 程 中和 相 变 后 铁 素 体 中 的大 量 弥 散析出 ， 而 ， 的析 出温 度 较 高 ， 在 相 变 前 的 固溶量 已 经 很低 ， 而 且 实验 中也证 实相 变 时和 相变后 基 本上 没 有粒 子 析 出 ， 所 以 对 强度 的贡 献 主要 来 自细 晶强 化 ， 而 沉 淀 强化 作 用 不 高 大 大提 高 了微 合 金 元 素 的合 金 化潜 力 ， 微 钢 在 工 艺下 析 出 了更 加 均匀细 小 的 ， 粒 子 粒 子析 出行 为 的改 变 ， 使得 对 钢 的组 织 性 能的作用 发 生 改变 工 艺条件 下 ， 沉 淀 相 的析 出不会 影 响铸 坯 的高温 塑性 ， 对 热轧前 的 铸 坯 组 织 影 响 不大 细 小析 出粒 子主要 在热 轧 时 阻碍 再 结 晶奥 氏体 晶粒 的长 大 ， 从 而最 终 细 化 组 织 ， 提 高 强度 和 韧 性 微 量 在 钢 中对 强度 的影 响 主 要 表 现 在 细 晶 强 化 上 ， 对 沉 淀 强 化 影 响 不 大 结论 在 微 汽 车 梁 用 热 轧板 中 ， 含 量 从 增加 到 ， 粒 子 析 出数 量 显 著增 加 ， 尺 寸没 有变化 实验观 察 到 大量 ， 细 小粒子 析 出 ， 尺 寸 分 布 统 计 表 明粒 子 尺 度 多 在 巧一 ， 该类 粒 子 在均 热 前 的铸 坯 没 有 大 量 析 出 ， 主 要 是在均 热和 热 轧 过 程 中析 出 的 ， 并 在下 相变 前 已经 充 分长 大 钢 中还有一类 以上 的 粒 子 ， 数 量 很 少 ， 是 在 凝 固后 高温 阶 段 铸 坯 中局 部 析出 实验 中没 有 观 察 到 微 米 级 以上 的大 块 夹杂 通 过 比较 的 析 出相 在 传 统 工 艺和 工 艺中的析 出行 为 的差 别 ， 说 明 了微合 金 元 素在 工 艺 钢 中 的作 用 有 别 于 传 统 工 艺 工 艺 参 考 文 献 【 柳得稽 ， 王 元立 ， 霍 向东 ， 等 低碳钢 的晶粒细化 与 强 韧化 金属 学报 ， ， 刘 清友 ， 董 瀚 ， 孙新军 工 艺 中含 ’ 钢 的混 晶问题 及 改善 方法 钢 铁 ， ， 闭 肖锋 微 钦处 理 钢 中 、 第二 相 质点 析 出 、 长大行为 及 其对 晶粒 长 大 的阻 止 作用研 究 四 川冶金 ， ， 王 淑清 ， 陈秀 芳 ， 赵 秉军 微钦低碳钢板 的微观组 织观 察 与 分析 · 材料科 学 与工 艺 ， ， 〔习 李永 良 ， 陈梦滴 微钦钢 中肠 析 出对奥 氏体 晶粒 长大的 影 响 · 北京 师范 大 学 学报 自然科学版 ， 毛叮 比 ， ， 钢 的组 织 与性 能 刘 嘉禾 ， 译 北京 科学 出 版社 ， 邝 傅杰 ， 朱剑 ， 柳 得槽 微合 金钢 中 肠 的析 出规 律研 究 金 属 学 报 ， ， 四 ， 刀 证 鸣哪 不 一 叮 力 ， ， 叨 罗 民 比 为 幻 加口 ， ， 川 恤 ， ， 托 ， 呢 面 记 ， 【 吴冬梅 ， 王 新 华 ， 王 万军 ， 等 含妮钦微合金化钢 连铸坯 高 温变形试样 中碳氮化物 的析 出 化工 冶金 ， ， ， 尹娜甩 ， 乙了口 ， 而 ， 恤 ， ， 盯 犯 ， 工 雌 ， 一 踢 ， 正 ’ · 祀 比 的 泣 ， 电 林 二 加 涌 细