第2期总第192期冶金丛刊Sum．192No．22011年4月METALLURGICAL COLLECTIONS April 2011作者简介：高吉祥（1973－），男，高级工程师，博士，2004年毕业于华南理工大学.VN 微合金化超细晶高强钢的组织性能研究高吉祥1，2李春艳2朱达炎2谢利群2（1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东，广州510640；2．广钢集团技术中心，广东，广州，510730）摘要基于电炉薄板坯连铸连轧流程氮高的特点，采用VN 微合金化的成分设计，通过炼钢、连铸、均热、轧制和冷却各工艺过程的控制研究，开发了VN 微合金超细晶高强钢板。
钢板屈服强度达到了550MPa 级，铁素体晶粒尺寸达到了3．0 4．0μm ，具有良好的韧性、冷成形性能和焊接性能，满足汽车、工程机械制造等行业的要求。
关键词薄板坯连铸连轧；VN 微合金化；超细晶高强钢中图分类号：TG142．1文献标识码：A文章编号：1671－3818（2011）03－0022－03STUDY ON MICROSTRUCTURE AND PROPERTY OF VN MICRO-ALLOYINGULTRA-FINE GRAIN HIGH STRENGTH STEELGao Jixiang 1，2Li Chunyan 2Zhu Dayan 2Xie Liqun 2（1．School of Mechanical ＆Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou ，510640，Guangdong ；2．Technology Center of GISE ，Guangzhou ，510730，Guangdong ）AbstractBased on characteristics of high N in EAF-TSCR ，using the design of VN micro-alloying ，controlling the steelmaking ，continuous casting ，soaking ，rolling and cooling processes ，the VN Micro-al-loying ultra-fine grain high strength steel was developed．The strip yield strength reached 550MPa grade ，ferrite grain size reached 3．0to 4．0microns．The strip has good toughness ，cold formability and weld-ability which met the requirements of automotive ，mechanical industry and other industry．Key wordsThin slab casting and rolling ；VN micro-alloying ；ultra-fine grain high strength steel提高钢铁材料的强度是实现用钢行业节能减排的有效手段。
提高钢铁材料强度的途径有固溶强化、位错强化、细晶强化和第二相粒子的析出强化等等。
其中细晶强化效果最为明显，也是唯一的强度与韧性同时增加的机制［1］。
薄板坯连铸连轧流程由于其铸坯薄、拉速快、板坯温度均匀性好的特点，更适合于高强度钢的生产。
珠钢针对电炉薄板坯连铸连轧流程自身原料的特点，钢水的氮含量比转炉的高，采用VN 微合金化的成分设计，通过炼钢、连铸、均热、轧制和冷却各工艺过程的控制研究，开发了VN 微合金超细晶高强钢板［2］。
钢板屈服强度达到了550MPa 级，铁素体晶粒尺寸达到了3．04．0μm ，具有良好的韧性、冷成形性能和焊接性能。
1成分设计及工艺控制技术1．1成分设计VN 的溶解度在铁素体与奥氏体中都比VC 低得多。
因此VN 的形成有更大的化学驱动力，容易形成体积分数大且稳定性高（粗化倾向小）的细小弥散颗粒，对铁素体尺寸进行细化，同时随着氮含量的增加，沉淀颗粒变得越来越小，数量不断增加。
氮含量的增加还可以促进沉淀颗粒的成核，防止颗粒粗化，充分发挥微合金化元素在钢中的关键作用［3］。
珠钢发挥电炉钢水中约0．007%的氮含量优势，同时加入VN 合金增氮，才能使钢中的含氮量在0．02%以上。
试验钢的化学成分设计见表1［4，5］。
1．2生产流程及工艺控制技术珠钢生产工艺流程为废钢料→150吨超高功率第2期高吉祥等：VN 微合金化超细晶高强钢的组织性能研究·23·表1试验钢板的化学成分设计（质量分数）%C Si Mn P S V Als N ≤0．07≤0．5≤2．0≤0．03≤0．020．08 0．20≥0．0150．020 0．030交流电弧炉（EAF ）冶炼→150吨LF 钢包精炼→50 60mm 厚度薄板坯连铸→辊底式均热炉均热→6机架热连轧→层流冷却→卷取。
在生产工艺控制过程中，首先是提高钢水的洁净度，优化配料方案和冶炼工艺，优化电炉泡沫渣工艺生产技术，控制钢水中的w （P ）≤0．020%、w （As ）≤0．020%、w （Sn ）≤0．015%。
精炼过程控制钢水中夹杂物的数量和形态。
提高VN 合金精炼过程氮的回收率，精确控制钢水的化学成分。
连铸过程严格控制钢水的过热度，采用全过程保护浇注，防止钢水受二次污染，确保铸坯质量。
利用CSP 立弯式连铸机浇注，铸坯以950 1000ħ左右的表面温度进入均热炉，以1100ħ 1160ħ的均热温度均热20 30min ，然后在6机架热连轧机上分别轧制成1．8 8mm 厚的热轧钢板。
2试验结果2．1钢板的显微组织对轧制的钢板进行显微组织观察，高强钢板的组织为超细晶铁素体加少量珠光体。
钢板沿厚度截面的组织比较均匀，且随钢板规格变化显微组织变化很小。
带钢的金相组织照片见图1，铁素体晶粒尺寸的统计结果见表2。
由图1与表2可见，所有试验钢板的铁素体晶粒尺寸在3．0 4．0μm 之间，并没有出现中心偏析与带状，组织均匀性良好。
图1不同厚度试验钢板的显微组织表2试验钢板的铁素体晶粒尺寸钢板厚度/mm铁素体晶粒尺寸/μm3．43．45．03．86．03．58．03．82．2钢板的力学性能采用ASTM －317标准对各种规格试验钢板进行拉伸试验和冷弯性能分析，同时沿垂直于轧制方向取小尺寸试样对较厚带钢的Charpy －V 缺口韧性进行了分析，结果见表3。
由表3力学性能可见，采用VN 微合金化技术可实现超细晶高强度级别带钢的生产。
所有试验钢板的屈服强度在600 630MPa 之间，而且钢板的纵、横向力学性能差异较小，且随厚度规格变化力学性能的变化也较小，性能十分稳定。
对较厚规格钢板的韧性分析表明，钢板具有良好的低温冲击韧性。
2．3钢板的焊接性能超细晶高强钢板的焊接性能好坏直接影响钢板应用的安全，对6．0mm 厚度规格钢板进行焊接试验。
试验采用常规CO 2气体保护焊，将焊后的钢板进行金属拉伸试验和焊接热影响区与焊缝的金相组织检验。
钢板焊接热影响区没有出现明显的组织粗化现象，也未出现明显的软化，见图2。
焊接试样在拉伸后均在母材部位断裂（见表4），说明钢板焊接后仍然具有较好的拉伸性能，可见其焊接性能良好。
表3试验钢板的力学性能钢板厚度/mm 屈服强度/MPa 纵向横向抗拉强度/MPa 纵向横向A5%纵向横向宽冷弯b =35mm ，d =2a ，180ʎCharpy －V 缺口韧性/J 试样尺寸/mm－20ħ1．86256307006952534完好——3．46156256856952826完好2．5295．06156256656802324完好2．5286．06206306756902624完好5508．06006106857002322完好559·24·冶金丛刊总第192期图2试验钢板焊接部位组织（t =6．0mm ）表4试验钢焊接前后拉伸性能厚度/mm 焊接前屈服强度/MPa抗拉强度/MPa延伸/%焊接后屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断裂位置6．060567526595670母材3应用情况珠钢开发的超细晶高强钢板已广泛应用于北美半挂车和欧洲铆接车型的一些重要部件上，如侧立柱、滑轨梁、纵梁及横梁等（见图3）。
高强钢板具有优异的韧性、冷成形性能和良好的焊接性能，完全满足汽车、半挂车、工程机械制造行业的要求。
图3应用车型及部件4结论（1）基于电炉薄板坯连铸连轧流程氮高的特点，采用VN 微合金化的成分设计，通过炼钢、连铸、均热、轧制和冷却各工艺过程的控制研究，开发了厚度1．8 8mm 的550MPa 级高强钢。
（2）高强钢板铁素体晶粒尺寸为3．0 4．0μm ，屈服强度600 630MPa ，抗拉强度665 700MPa ，延伸率22% 28%。
（3）产品具有良好的韧性、冷成形性能和焊接性能，满足工程机械、交通运输和车辆制造行业对高强度钢板的要求，应用前景广泛。
参考文献［1］翁宇庆．超细晶钢理论及技术进展．超细晶钢及其生产技术培训班讲义．北京：2005：1－4．［2］刘清友，毛新平，林振源，杨才福．CSP 流程VN 微合金钢的冶金学特征．钢铁研究学报［J ］，2005，17（增刊）：26－31．［3］R．兰纳伯格，等著．钒在微合金钢中的作用．杨才福，等编译．2000．［4］张若生，毛新平，刘清友，等．一种采用薄板坯连铸连轧技术生产V －N 微合金化高强度钢带的工艺［P ］．中国，CN 200510100421．2．［P /OL ］．2006－3－22．http ：/www．cnipr．com /．［5］毛新平，高吉祥，陈麒琳．一种提高V －N 微合金化高强钢钒合金利用率的方法［P ］．中国：CN 200710031550．X．［P /OL ］．2008－4－16．http ：//www．cnipr．com /．。