熱機械控制TMCP有多種形式，但在工業上最成功使用的是控制軋制控制冷卻，所謂TMCP往往是指控制軋制＋控制冷卻。在低碳鋼的情況下，通過正火可以得到約10μm的鐵素體晶粒，但是，采用控制軋制＋控制冷卻工藝，在熱軋狀態下就能獲得約5μm的微細鐵素體組織。
從金屬學的觀點看，現在的TMCP工藝主要由再結晶奧氏體區軋制、未再結晶奧氏體區軋制、(α＋γ)兩相區軋制和加速冷卻四個階段組成，如圖1所示。但是，(α＋γ)兩相區軋制現在很少采用。 圖1 低碳鋼TMCP的四個階段和各階段的組織 為改善鋼的性能，必須優化TMCP工藝，了解與熱軋工藝相關的組織演變過程是非常重要的。根據鋼類的不同，采用的TMCP工藝也有差異，如圖1和圖2所示。對釩微合金化鋼來說，宜采用圖2中的②較低的再加熱溫度，獲得較小的原始奧氏體組織＋圖1中的①再結晶控制軋制，通過奧氏體的反復再結晶，獲得細小的再結晶奧氏體晶粒＋圖2中的③奧氏體和鐵素體中的析出物(VN)，增加鐵素體的形核密度＋圖1中的④加速冷卻，增大相變時鐵素體的形核驅動力等的組合工藝，細化最終組織；對鈮微合金鋼來說，宜采用圖1中的①奧氏體再結晶區軋制，盡可能破碎粗大的原始奧氏體晶粒＋圖1中的②奧氏體未再結晶區軋制，通過大變形拉長奧氏體晶粒，增加形變儲能和位錯密度，使處于形變硬化狀態的奧氏體發生γ→α相變，獲得細小鐵素體晶粒＋圖1中的④加速冷卻，增大過冷度，增加相變時的形核驅動力，細化最終組織，在這個工藝過程中，圖1中的②奧氏體未再結晶區軋制，使奧氏體產生形變硬化對鐵素體晶粒的細化是最有效的。 圖2 再結晶控制軋制細化鐵素體晶粒方法的示意圖 瑞典金屬研究所Roberys和Siwecki等人，采用計算機模型MICDEL計算了熱軋過程中微觀組織的演變，對優化軋制工藝(變形量、溫度、停留時間)是有幫助的。圖3給出了采用相同的軋制工藝，V、Nb、N含量不同的0.01%Ti-V-N鋼和0.01%Ti-V-Nb鋼在實際熱軋過程中微觀組織演變的情況。圖中數據是從1100℃開始經11道次軋制的25mm鋼板的情況。0.01%Ti-V-N鋼再加熱后原始奧氏體晶粒尺寸為20μm，而0.01%Ti-V-Nb鋼約為55μm。0.04%V-0.01%N-0.01%Ti低合金鋼，由于出現晶粒異常粗化，原始奧氏體晶粒尺寸達到500μm。由圖3可以看出，高釩和高氮鋼顯示出有效的晶粒細化效果。 圖3 Ti-V-(Nb)-N鋼模擬工業化熱軋過程中奧氏體微觀組織的演變 微觀組織演變模型也可用于計算0.08%V-0.018%N帶鋼或相似的HSLA熱軋帶鋼奧氏體顯微組織的演變，這兩種鋼在NUCOR鋼廠的小型軋機上曾進行過再結晶控制軋制，結果表明，只要軋制道次超過3~4次，薄板坯連鑄或板坯再加熱后的原始奧氏體晶粒尺寸，對再結晶軋制后最終奧氏體晶粒尺寸沒有影響。經過大壓下后，通過新晶粒大量形核發生再結晶，使組織細化。 形變量對組織細化有顯著影響。隨著形變量的降低，再結晶的形核率降低，組織細化作用減小。高溫小壓下導致再結晶晶粒異常長大，特別是熱軋道次的終軋壓下量影響最顯著。為了控制板形和板厚，終軋階段通常采用小壓下量的平整軋制，這將有可能導致再結晶控軋工藝細化奧氏體組織的作用降低。圖4給出了ε-T-t對奧氏體晶粒影響的三維立體圖，指出了防止出現粗晶組織的終軋工藝安全加工區的曲面，這里所說的粗晶是指奧氏體的晶粒尺寸為30μm。由圖可以看出，在任意溫度及保溫時間下，當軋制應變量高于3%時就不會發生晶粒粗化現象。軋后立即進行加速冷卻，可減小組織粗化的危險性。 圖4 Ti-V-N鋼避開終軋平整道次后出現粗晶奧氏體的工藝窗口 （ε-T-t三維坐標中的曲面是由再結晶或晶粒長大造成的粗晶區與原始細晶組織的分界面）
原創: 釩技術中心
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