超细晶碳素钢Q235热连轧板显微组织的电子背散射衍射研究【临床医学论文】.doc

临床医学论文-超细晶碳素钢 Q235 热连轧板显微组织的电子背散射衍射研究作者：李平和， 邓照军， 陈士华 【摘要】 利用扫描电镜的 EBSD（电子背散射衍射）附件，对大生产不同终轧温度下的碳素钢热连轧板中铁素体的晶粒尺寸，晶粒取向分类等进行研究结果表明：在试验温度范围内，热连轧板的晶粒尺寸随终轧温度的降低明显细化，靠近试样表面均有细晶层,细晶层的晶粒也随终轧温度的降低而细化随着终轧温度的降低，钢板中大角晶界增多小角晶界减少且表层更明显表明终轧温度越低变形量越大，铁素体再结晶越充分铁素体动态再结晶轧制，可最大限度地细化铁素体晶粒，而形变诱导相变转变所获得的铁素体晶粒要比无诱导转变所得到的铁素体晶粒细 【关键词】 EBSD； 碳素钢； 晶粒； 晶界Abstract: The grain sizes of carbon steel with different finishing rolling temperature have been investigated by EBSD. The results show that the grain sizes of hot rolling plates decreased clearly with the decrease of the finishing rolling temperature. Fine grains exist near the plate surface. As the finishing rolling temperature decreases, high angle boundaries increase and on the contrary the low angle boundaries decrease. The ferrite recrystallization could occur with the decrease of the finishing rolling temperature and the increase of rolling strain. The grain sizes obtained by deformation induced ferrite transformation (DIFT) are finer than that by temperature controlled transformation.Key words: EBSD; carbon steel; grain size; grain refinement引言普通碳素钢通过在相变温度附近的大压下量轧制工艺可以细化晶粒，使钢材的屈服强度从 200～300 MPa 级提高到 400～500 MPa 级［1］。

目前，国内外在实验室对实现钢材晶粒细化的工艺进行了广泛的研究，建立起较完整的理论［2］但大规模生产还存在很多问题和困难，对大生产产品的组织结构了解的也不够充分EBSD（electron backscattering diffraction）能在短时间内获得样品的大量晶体学信息，近年来被广泛用于材料的组织、结构、织构等研究［3］研究钢材的晶粒、晶界、取向及缺陷等问题的方法很多，EBSD 是其中最有效的方法之一其优点是：该方法是通过晶体的取向测量来获得晶粒的尺寸，在获得晶粒尺寸数据的同时也得到晶粒间的夹角数据并进行统计分类而光学金相测量是通过试样腐蚀产生的灰度进行测量，试样腐蚀程度及仪器的分辨率等都会给结果带来误差，人工用光笔勾画可以减小误差，但效率很低因此，EBSD 已成为钢材的晶粒、晶界、取向及缺陷等研究的有力手段1 试验材料及方法〖*2〗1.1 试验选用的材料 本次试验所选用的试样是武钢大生产的超细晶355 MPa 级碳素钢热连轧板，试验钢的成分见下表 1，规格为 3.0 mm 厚度在不同的终轧温度条件下，试样的强度也有所不同，表 2 为所选取的试样号及其力学性能表 1 试验钢的化学成分表 2 选取的试样号及其力学性能 试验用钢为常规的 Q235 钢成分，为了增加精轧段的变形量，增加了精轧入口钢坯的厚度。

3 个试样 335、345、8168 的终轧温度在 750～810℃之间由高到低，卷取温度控制在 470～500℃之间；3 个试样的变形量和变形速率相同1.2 试验方法将试样的横截面制成金相表面，用 3%的硝酸酒精腐蚀 2 分钟，用扫描电镜的 EBSD 附件进行晶粒度、晶界分类、相邻晶粒取向差等的测量与统计2 试验结果与讨论〖*2〗2.1 铁素体晶粒尺寸测量及分析 用 EBSD 对试样横截面的晶粒尺寸进行测量，每个试样选取靠近表面位置和试样心部两个部位其显微组织见图 1和图 2对各试样表面和心部晶粒间不同夹角时的晶粒尺寸进行分类统计的结果见表 3图 1 试样 335、345 和 8168 横截面靠近表面部位 EBSD 测量的晶粒组织表 3 按不同晶粒间夹角分类的晶粒尺寸统计 试样号 5°的平均晶尺寸（μm）8°的平均晶尺寸（μm）15°的平均晶尺寸（μm）335 表面 3.513.573.86 心部 4.394.594.93345 表面3.013.103.34 心部 3.693.874.248168 表面 3.033.073.28 心部 3.213.313.60由图 1 至图 6 可以看出，在 3 种不同工艺条件下，试样表层的晶粒尺寸均比试样中心部要细；无论试样的表面还是心部，晶粒均随终轧温度的降低而细化。

该结果与表 2 给出的 3 个试样的力学性能结果相一致表 3 给出以不同晶粒间夹角分类的平均晶粒尺寸测量结果，可以看出在 5°～15°范围内晶粒尺寸随终轧温度的变化规律相同，既晶粒尺寸均随终轧温度的降低而减小表面细晶区的形成可以认为是由两个主要因素造成的：第一个因素是轧辊对轧板表面的激冷作用，冷的轧辊使得与之接触的轧板表面温度迅速降低，增大了过冷度，从而细化了表层的铁素体晶粒第二个因素是在轧板表层存在着由轧辊和轧板之间的摩擦导致的比轧板心部大的多的剪切应变这个剪切应变使得在对轧板施加比较小的变形量的时候就可以在轧板表层得到很大的变形量从而可以促进表层铁素体组织的细化试验测得，该钢的 Ar3 温度约为 790℃，试验的 3 卷钢中，335 试样的终轧温度高于 Ar3，345 钢的终轧温度在 Ar3 附近，而 8168 钢的终轧温度为低于Ar3 的两相区因此，3 卷试验钢的 γ→α 转变机制不同，335 钢的终轧温度明显高于 Ar3，应为无形变诱导温度主导的转变345 试样的终轧温度在 Ar3 附近，为形变诱导相变主导的转变而 8168 试样的终轧温度在两相区，应为形变诱导相变和铁素体动态再结晶转变。

3 种转变机制得到的晶粒尺寸不同，温度越低相变驱动力越大，铁素体形核率越高，导致转变后的晶粒细化［4］3 种转变机制所获得的铁素体晶粒尺寸相比较，铁素体动态再结晶轧制，可最大限度地细化铁素体晶粒，而形变诱导相变转变所获得的铁素体晶粒要比温度控制转变所得到的铁素体晶粒细 2.2 铁素体晶界分类测量及分析3 种工艺条件下，试样表层及心部 EBSD 测量的晶界分类分布见图 3 和图4，取向分布见图 5 和图 6，3 个试样表层及心部的晶界分类统计结果见图 7 和图 8对于强度最高的 8168 试样，与 335 和 345 试样相比较，无论是表面还是心部的大角度晶界都要多如果把 15 度以上的晶界定为大角度晶界，8168 试样表面的大角度晶界所占比例为 85.38%，345 试样的大角度晶界比例是77.64%， 335 试样的大角度晶界比例是 70.26%心部也是如此，8168 试样的大角度晶界所占比例为 72.59%，345 的大角度晶界所占比例是 59.22%，而 335的大角度晶界所占比例为 58.22%由以上的试验结果可以看出，表层的大角度晶界所占比例高于试样心部，说明表层的铁素体晶粒较为完整，再结晶较心部要充分。

这是由于试样表层所受到的是正压力和剪切应力两种应力的累积，变形量较大，晶粒更容易转动，有利于再结晶，所以小角度晶界相对较少，大角度晶界较多试样中心部位因为只受到正压力，没有轧辊的剪切应力，所以变形量较小，再结晶不够充分，小角度的亚晶就相对较多3 个试样晶界分类分布的对比也可以看出，变形温度对铁素体再结晶有影响，在较大形变量的情况下变形温度越低铁素体再结晶越充分3 结论本试验采用 EBSD 方法，对 Ar3 温度附近 3 个终轧温度的大生产碳素钢Q235 热连轧板进行铁素体晶粒尺寸、晶界分类分析，得到的结论如下：1） 在 Ar3 温度附近 3 个终轧温度件下，试样表层的晶粒尺寸均比试样中心部要细，无论试样的表面还是心部，晶粒均随终轧温度的降低而细化2） 三个终轧温度的大生产碳素钢热连轧板具有不同的转变机制，三种转变机制所获得的铁素体晶粒尺寸相比较，铁素体动态再结晶轧制，可最大限度地细化铁素体晶粒（前提是先发生形变诱导相变，单靠动态再结晶效果并不好），而形变诱导相变转变所获得的铁素体晶粒要比无诱导转变所得到的铁素体晶粒细3） 变形温度对铁素体再结晶有明显的影响，在较大形变量的情况下变形温度越低铁素体再结晶越充分。

参考文献】［1］超细晶 355MPa 级碳素钢热连轧板的组织结构研究［J］.物理测试,2006.11　　［2］翁宇庆等.超细晶钢——钢组织细化理论与控制技术［M］.北京：冶金工业出版社，2003，3-4［3］杨平，孙祖庆，毛卫民.取向成像：一种有效研究晶体材料组织、结构及取向的技术.中国体视学与图像分析，2001,6(1)：50-54［4］翁宇庆等.超细晶钢——钢组织细化理论与控制技术［M］.北京：冶金工业出版社，2003，89。