热轧后多次弯曲应变细化晶粒工艺

1 前言

　　作为能够工业化生产超细晶钢的工艺技术，日本JFE钢公司提出了多次弯曲应变技术，对多次弯曲应变后晶粒的细化问题进行了研究。所谓多次弯曲应变工艺，就是对精轧后的钢板进行多次弯曲应变加工。

　　2 多次弯曲应变实验设备概况

　　下表示出实验设备的主要技术参数。实验设备由加热炉、轧机、中间冷却装置、3架多次弯曲加工装置和最终冷却装置构成。1号和2号弯曲加工装置装有上下21根直径50mm的工作辊，3号弯曲加工装置装有上下23根直径70mm的工作辊，所有工作辊都为驱动式辊。1号、2号弯曲加工装置的工作辊分别由组合支承辊支承。

　　中间冷却装置是用于以各种冷却速度将轧制后钢板冷却，并在所规定的温度下进行多次弯曲加工的装置。最终冷却装置是用于对弯曲加工后的钢板进行冷却，抑制相变后铁素体晶粒成长的装置。

　　3 实验方法

　　使用厚10mm×宽100mm×长1200mm的0.15C－0.01Si－0.75Mn钢作为实验用材料。为调查多次弯曲加工条件对晶粒细化的影响，在1100℃下均匀加热30min后，在1050℃下进行了压率为50%或70%的轧制，用中间冷却装置冷却到所规定的温度后，在各种条件下进行了多次的弯曲加工，然后进行自然冷却。根据使用弯曲加工装置的数量、夹紧量的变化，调整弯曲应变量。

　　4 实施多次应变的效果

　　调查了在压下率为70%的轧制后，实施弯曲加工时（只使用1号弯曲加工装置、夹紧量为5mm）弯曲应变对晶粒度的影响。对板厚表层的晶粒度进行了测定。由此可知，在适当温度条件下，实施弯曲应变加工后，有助于晶粒度的细化。弯曲应变从板厚中心向板厚表层增大，随之可以细化晶粒。在压下率为50%的轧制后，实施多次弯曲加工时（使用1号、2号、3号弯曲加工装置）的弯曲加工和铁素体粒度的关系表明，随着多次弯曲应变量的增加，可以细化晶粒。

　　由上所述可知，采用热轧后的多次弯曲加工方法来细化晶粒存在着最佳加工温度区域，随着弯曲应变量的增加，可以细化晶粒。

　　5 轧制温度低温化的效果

　　为获得更细的铁素体晶粒，将轧制温度从1050℃降低到800℃，在实施压下率为70%的轧制后，采用中间冷却装置将钢板冷却到所规定的温度，在各种条件下进行多次弯曲加工后，采用最终冷却装置将钢板快速冷却到600℃左右。对获得的钢板进行了组织观察，并测定了晶粒度。

　　根据轧制温度和铁素体晶粒度的关系，测定了钢板厚度表层部附近的铁素体晶粒度，并对轧制温度为800℃和850℃时进行轧制后采用1号～3号弯曲装置加工后快速冷却的钢板板厚表层附近的铁素体晶粒度进行了显微组织观察，结果可知，随着轧制温度的降低，尤其是进行大的弯曲应变后可以使晶粒细化。在此次实验条件下，可以获得1.4μm左右的铁素体。

　　6 添加Ti的效果

　　如上所述，在对热轧后的钢板进行多次弯曲加工后可以使晶粒细化。但是，没有实施多次弯曲加工时的铁素体晶粒度较大为4.2μm，而实施多次弯曲应变加工时，最大也可获得1.4μm左右的铁素体晶粒度。

　　因此，采用能获得更细晶粒度的Ti添加钢，对即使在铁素体晶粒度为1μm左右的情况下，采用多次弯曲加工能否同样使晶粒细化进行了评价。

　　实验是将含0.15%Ti的试验材料在1050℃加热30min后，在1000℃或800℃下实施压下率为70%的轧制，然后用中间冷却装置将试验材料冷却至750℃后进行弯曲加工（只使用1号弯曲加工装置、夹紧量为7mm），之后进行自然冷却。作为比较，在同等条件下进行轧制后，将试验材料冷却至750℃，没有进行多次弯曲加工，保持原样进行自然冷却。

　　结果可知，Ti添加钢能够获得微细晶粒，没有实施弯曲加工时的铁素体晶粒度为1.5μm时，通过实施弯曲加工，能够获得0.7μm的超细铁素体晶粒。

　　7 实施多次应变后的材料特性

　　作为实施多次应变后提高材料特性的例子，调查了铁素体晶粒度和0.2%屈服强度的关系。将JIS5号试料在经过各种热处理条件和加工条件后，从试料中切出一部分作为拉伸试验材料。

　　随着铁素体晶粒的细化，屈服强度会提高，本试验结果为使用440MPa级成分钢（0.15C－0.01Si－0.75Mn钢）进行试验的结果。在铁素体晶粒度为2μm的情况下，其屈服强度为600MPa。

　　8 结束语

　　通过对精轧后的钢板实施多次弯曲应变后，晶粒度比没有实施应变时减小一半以下。实施多次弯曲应变加工时，存在着最佳加工温度区域；随着应变量的增大，可以使晶粒细化。通过与低温轧制结合，在钢板表层部能获得晶粒度为1.4μm的铁素体晶粒。另外，使用Ti添加钢时，实施多次应变，可以获得晶粒度在1μm以下的超细铁素体晶粒。

　　通过调查晶粒度和屈服强度的关系可知，随着晶粒度的细化，屈服强度会提高。即使在此次的440MPa级成分钢中，由于将铁素体晶粒度细化到2μm，因此可以得到600MPa左右的屈服强度。