[科普中国]-过程冶金

热轧过程冶金技术

钢铁材料的开发，在于说明制造方法，化学成分和生产工艺、金属组织、机械性能和用途4个要素之间的关系，并构建各要素间的通道，即寻找以厢途为目标的合理制造方法。材料科学工程学成功的进展必须将结构（structure）、特性（properties）、工艺（fprocessing）及性能（performance）4个要求和基础科学及社会需求连结起来。即使在热轧过程中，也应进行充分考虑到这些条件的研究开发。

为了提高热轧机的轧制速度，初期的先进连续式钢板轧机的开发，主要是在美国进行的，其原动力是大量使用钢板的汽车制造产业的兴起。众所周知，热轧机具有高生产率和高精度，是轧制精钢量>50%的钢铁业基础设备，即使仍大量生产汽车用热轧板和冷轧母材。近十年问，在减低环境负荷、连续化、直接连结化方面，热轧过程（pmcess）都有大的变化和发展。从材料的视点来看，以废钢作为铁源的薄板坯连铸—小轧机的出现，以薄壁化和质量稳定化为目标的热轧无接头轧制、和可生产3μm超细晶粒钢的特殊轧机都是值得记载的。

从金属学的观点来看，热轧过程具有高速连续轧制、和在热轧输送辊道上急冷、以及卷取后缓冷的特点。利用此热轧机冈有的形变热处理效果，开发了各种热轧高强度钢板。以化学热力学为基础，利用了相变等而进行金相组织控制的热轧机，在某种意义上可以说是巨大的化学反应装置。占汽车车体总重量大约1/4的底盘和要求冲撞特性的结构件等安全部件都采用热轧钢板1。

过程冶金技术热轧高强度硬化组织钢板汽车用钢板一般可用冲压加工，加工方式可分为深冲、凸肚、延仲凸缘和弯曲4大类。热轧钢板的凸月十性与均匀延伸性相关，延伸凸缘（扩孔）性相关，弯曲性则与局部延伸性（或缺口延伸性）相关。另一方面，获得高强度的方法可分类为以DP（双相：Dual Phase即铁素体+马氏体）钢板等为代表的不均匀硬化法，和以贝氏体单相组织为代表的均匀硬化法。前者加工硬化大，故均匀延伸性大，但局部延伸性小；另一方面，后者的局部延伸性大而均匀延伸性小。前者利用在软质基体和硬质相界面积蓄的位错强化，虽改善了均匀延伸率，但因混杂了其它硬质相，易产生界面剥离或硬质相自身的断裂，从而造成局部延伸率低下。

合适（理想）的金相组织在均匀延伸性与局部延伸性方面是相反的，故难以获得二者都优良的理想的加工用的热轧高强板2。

过程冶金技术热轧马氏体尺寸的影响在研究了硬质第2相的硬度、尺寸和体积率对高合金钢型DP（即双相）钢强度特性影响的基础上，对含Si、Mn、Cr、Mo的热轧DP钢的C（碳）含量、热轧条件变化，如何影响钢的强度特性与金相组织进行了试验研究。作为热轧条件分别采用了高压下率（88%） 低温(920℃）精轧的细晶粒加工、和低压下率（53%）且高温（1150℃）精轧的粗晶粒加工。较之后者，前者加工钢的M（马氏体）尺寸小到代表性的1/5-1/6，M的体积率小，且其硬度变成了硬质相。

过程冶金技术应用过程冶金多用来计算流体力学的数据可视化方法，设计的绘图平台分别实现绘图直角坐标系与屏幕坐标系的自动转换，利用绘图平台绘制不同的中间包对象，将中间包的外轮廓中两种相位交接的地方定义为边界，采用基于集合理论的网格划分法实现中间包网格自动划分，并实现了浓度场、温度场等值线的图形化、速度矢量场图形化、夹杂物运动数据图形化，使得CFD大量数据实现有效的可视化。可以在现有的基础上不断扩充可视化的内容，具有很好的扩展性，设计计算便于检查和调整，可用于冶金等行业的计算机辅助设计计算3。

总结从热轧过程冶金的视角、介绍了加工用热轧高强度钢板的金相组织控制、和利用热轧机特点的高速连续轧制、及其后的连续急冷法，对超细晶粒钢与TWIP钢进行研究的概要。这些经验以及尚待解决的问题，对于今后的产品开发和工艺技术完善都具有一定的参考价值1。