文摘:利用Gleeble-1500热模拟试验机研究了钛含量对AH36钢奥氏体粗化温度的影响。同时，利用双辊轧机研究了轧制温度和变形量对AH36钢奥氏体晶粒尺寸的影响。结果表明，奥氏体粗化温度随Ti含量的增加而升高，该钢的合理加热温度范围为1200 ~ 1250℃，在相同轧制温度下，奥氏体晶粒随变形量和Ti含量的增加而细化。
一.前言
济南钢铁集团公司(简称济钢)通过了中、英、法、德等9个国家10个船级社的认证。济钢技术监督所负责船舶号牌的日常检验和发证工作。目前船板生产主要使用A级和B级船板。为了提高产品的附加值，济钢正在开发D级、AH级和DH级船板，其关键是钢的微合金化研究。常见的微合金化元素有Nb、V和Ti，其中Ti可以细化晶粒，提高焊接热影响区的韧性，因此在微合金化领域应用广泛。济钢在开发AH36船体钢时，采用Nb、V、Ti元素进行微合金化，并进行了实验室研究和工业试验。
铁素体晶粒尺寸对钢的力学性能、热处理行为和焊接性有非常重要的影响，晶粒细化是一种重要的强化手段，可以同时提高强度和韧性。而奥氏体晶粒尺寸对相变后铁素体晶粒尺寸有直接影响，因此人们十分关注奥氏体晶粒尺寸在加热和轧制过程中的变化。
二、研究内容和方案
(一)样本来源
研究中所用的试样材料取自济钢第一炼钢厂AH36连铸坯，两种含钛量不同的钢坯分别称为1#钢和2#钢，其化学成分见表1。加热后，对坯料进行锻造、切割和机械加工，制成阶梯形和圆柱形样品。
表1钢样品的化学成分%
在Gleeble-1500热模拟试验机上用圆柱试样研究了钛含量对AH36钢粗化温度的影响。采用阶梯试样在二辊轧机上研究了轧制温度和变形量对AH36奥氏体晶粒尺寸的影响。将阶梯形试样轧制一次可获得多次变形，本实验每道次可获得六次变形。用切割线法测量奥氏体晶粒尺寸。
1.两种含钛钢加热时的晶粒粗化行为。测试条件:
加热温度:900℃，950℃，970℃，1000℃，1100℃，1200℃，1250℃
保温时间:5分钟
加热速度:10℃/秒
冷却方式:淬火
2.轧制工艺参数对奥氏体晶粒尺寸的影响。测试条件:
加热温度:1200℃
保温时间:5min
轧制道次变形:7.5%，16.8%，26.0%，30.6%，35.3%，44.8%。
轧制温度:1100℃，1050℃，1000℃，950℃，900℃，850℃，800℃
冷却方式:淬火
三。测试结果和分析
(1)Ti对AH36钢奥氏体晶粒粗化温度的影响
将1#和2#钢分别加热到规定的温度，然后淬火5分钟，并测量每个温度下的平均奥氏体晶粒尺寸。两种含钛钢的奥氏体晶粒尺寸与加热温度的关系如图1所示。
图1奥氏体晶粒尺寸与加热温度的关系
从图1可以看出，两种含钛AH36钢的晶粒长大规律基本相同，可以分为三个阶段。第一阶段为900 ~ 950℃。两种钢的奥氏体晶粒尺寸较小，晶粒尺寸变化不大，处于稳定阶段。奥氏体晶界几乎完全被AlN和Ti化合物的共同作用钉扎。当温度超过950℃时，2#钢的奥氏体晶粒开始明显长大，而1#钢的奥氏体晶粒在970℃时开始明显长大。在970℃时，两者尺寸差异显著，表明AH36的粗化温度可以随着Ti含量的增加而提高。
加热过程的第二阶段是950 ~ 1200℃。随着加热温度的升高，部分奥氏体晶粒粗化，奥氏体晶粒随温度的升高迅速长大。因为AlN和Ti的化合物部分溶解，奥氏体晶粒失去其钉扎作用并快速生长。相比之下，含钛量较高的1#钢奥氏体晶粒较小。
加热过程的第三阶段为1200 ~ 1250℃，为均匀生长阶段。随着温度继续升高，奥氏体晶粒变粗。在此温度下，Ti的化合物仍然溶解很少，仍然起到明显的晶粒细化作用，使得奥氏体晶粒生长缓慢，含钛量较高的1#钢奥氏体晶粒尺寸较小。
(2)轧制工艺参数对奥氏体晶粒尺寸的影响
对于普碳钢，奥氏体晶粒尺寸与奥氏体再结晶程度密切相关，两者呈反比对应，即奥氏体再结晶百分比越大，奥氏体晶粒尺寸越小。奥氏体晶粒细化是微合金钢最终强韧化的重要前提。微合金钢的一个优点是微合金元素与碳、氮形成的析出相在高温下稳定存在，从而抑制了再结晶后奥氏体晶粒的粗化。图2和3显示了在不同温度下含微合金元素钛的1#和2#钢的奥氏体晶粒直径和变形之间的关系。
图2 1 #钢奥氏体晶粒直径与变形的关系
图3 2 #钢奥氏体晶粒直径与变形的关系
从图2和图3可以看出，当变形温度一定时，变形后的奥氏体晶粒直径随着变形量的增加而减小。起初，晶粒尺寸迅速减小。当变形量达到35.3%时，晶粒尺寸缓慢减小，1#和2#钢的规律相似。
奥氏体在高温变形时，奥氏体晶粒直径变小是由于变形后奥氏体的再结晶量随着变形量的增加而增加，再结晶的形核速率更快。在晶粒生长过程中，晶粒相互碰撞，因此晶粒尺寸一般会减小。奥氏体低温变形时，随着变形量的增加，奥氏体晶粒被拉伸变平，晶粒内出现大量变形带。当变形量较小时，晶粒中的变形带数量较少且分布不均匀。随着变形量的增加，变形带数量增加，分布趋于均匀。此时，再结晶晶粒不仅在晶界形核，而且在变形区形核，使奥氏体晶粒变小。
(3)钛含量对奥氏体晶粒尺寸的影响
为了研究钛含量对奥氏体晶粒尺寸的影响，图4 ~ 9显示了1#和2#钢在不同温度下轧制时奥氏体晶粒直径随变形量的变化。
图4奥氏体晶粒直径与850℃轧制变形的关系
图5奥氏体晶粒直径与900℃轧制变形的关系
图6奥氏体晶粒直径与950℃轧制变形的关系
图7 1000℃轧制时奥氏体晶粒直径与变形量的关系
图8 1050℃轧制时奥氏体晶粒直径与变形量的关系
图9 1100℃轧制时奥氏体晶粒直径与变形量的关系
从图4 ~ 9可以看出，随着变形量的增加，1#钢和2#钢的奥氏体晶粒直径逐渐减小，在各种变形条件下，含钛量较高的1#钢的奥氏体晶粒尺寸小于2#钢，因为含钛量较高的1#钢析出的TiN、TiC等第二相粒子数量多于2#钢，对奥氏体晶界的钉扎能力增强，从而增强了对奥氏体晶粒长大的抑制作用。
四。结论。
(1)增加Ti含量可以提高AH36钢的粗化温度。
(2)含微合金元素Ti的AH36钢加热温度不宜过高，不宜超过1200℃，以获得细小的奥氏体晶粒，为获得细小的铁素体晶粒创造有利条件。
(3)在一定范围内，随着Ti含量的增加，AH36的奥氏体晶粒尺寸减小，表明Ti在该范围内起到了细化晶粒的作用。