薄板坯连铸连轧第二相析出演变规律及组织性能调控机理

The precipitation evolution of the second phase directly affects the microstructure and quality of the thin slab in the high-strength alloy steel Thin Slab Casting and Rolling (TSCR) process, which is one of the key factors for the smooth operation and quality control of the production operation. However, the high-end steel grades for automobiles are still unable to be produced by TSCR process because of the product quality control problems. The quantitative evolution and control mechanism of the second phase particles, structure, properties and quality in the TSCR process are still to be overcome. This project intends to carry out quantitative theory and in-situ experimental study on the evolution of the second phase particles "precipitation - re-dissolving - re-precipitation" and its influence on the microstructure properties of thin slabs for the high-strength alloy steel TSCR process of automotive. Exploring the "failure" mechanism of the second phase particle remelting and oversize inhibition on grain growth pinning, and then establishing the prediction model of the original austenite grain coarsening of the coupled second phase particle growth and remelting effect. Quantitatively clarifying the effect of “primary precipitation” and “re-dissolving and re-precipitation” of the second phase particles on the grain refinement and properties of the thin slab in the TSCR process, and then expounding the mechanism of microstructure and performance regulation in the high-strength alloy steel TSCR process. It lays a solid foundation for the high-strength steel TSCR process in stable, high quality and high efficiency for new generation of high performance automobile.

汽车用高强合金钢薄板坯连铸连轧 (TSCR) 工艺中，第二相的析出演变直接影响了薄板坯的组织性能与质量，是其生产操作顺行与质量控制的关键因素之一。然而，由于产品质量控制问题，汽车用高端钢种仍无法采用TSCR工艺正常生产，对于TSCR工艺中第二相粒子、组织、性能、质量的定量化演变规律和调控机理仍亟待攻克。本项目拟针对汽车用高强合金钢TSCR工艺流程，对第二相粒子“析出-回溶-再析出”演变规律及其对薄板坯组织性能的影响机理开展定量的理论与原位实验研究；探索第二相粒子回溶与尺寸过大对晶粒生长钉扎抑制作用的“失效”机制，建立耦合第二相粒子长大与回溶影响的原始奥氏体晶粒粗化预测模型；定量阐明TSCR流程中第二相粒子“一次析出”和“回溶-再析出”对薄板坯晶粒细化及性能的均衡影响作用，明确高强合金钢TSCR工艺中的组织与性能调控机理，为新一代高性能汽车用高强钢TSCR工艺的稳定、高质、高效生产奠定基础。

薄板坯连铸连轧(TSCR)工艺中第二相的析出演变直接影响了薄板坯的组织性能与质量，是其生产操作顺行与质量控制的关键因素之一；汽车用超高强合金钢TSCR工艺中第二相粒子、组织、性能、质量的定量化演变规律和调控机理亟待厘清，以确保汽车超高强钢TSCR的正常稳定生产。.针对汽车用超高强钢22MnB5的TSCR工艺流程，本项目开展第二相析出热/动力学计算，明确了钛微合金化22MnB5钢中第二相析出种类、析出顺序、开始析出温度、析出量以及生长尺寸，掌握了初始元素含量和连铸冷速对22MnB5钢第二相析出温度和尺寸的影响规律。应用HTCLSM对22MnB5钢TSCR工艺流程中第二相的“析出-回溶-粗化-再析出”演变行为进行了原位观察，并对其析出量和析出尺寸的变化规律进行了定量分析；结果表明，在均热过程中长条状大尺寸第二相颗粒会分裂为多个球状颗粒，“析出-回溶-再析出”能明显减小粗大第二相颗粒的尺寸。借助HTCLSM、气氛加热炉、Gleebe热模拟机和电镜等模拟研究了TSCR工艺流程中22MnB5钢微观组织的演变行为，并与传统工艺进行对比分析，揭示了TSCR工艺铸坯奥氏体生长特点、轧制过程再结晶规律以及轧后冷却相变特征。在此基础上，探索第二相粒子回溶与尺寸过大对晶粒生长钉扎抑制作用的“失效”机制，建立了耦合第二相粒子长大与回溶影响的原始奥氏体晶粒生长预测模型；应用模型研究厘清了TSCR工艺连铸冷速、再加热升温速率、保温温度、保温时间等工艺参数对22MnB5铸坯奥氏体晶粒粗化的影响规律。此外，深入研究了轧制温度、层流冷却速率及卷曲温度等对22MnB5钢第二相、组织及性能的定量影响关系；结果表明，将层流冷却冷速控制在40℃/s以上，卷曲温度取600℃时可以明显的提高22MnB5钢的力学性能。.本项目通过以上研究揭示了汽车用高强合金钢TSCR生产工艺中第二相粒子“一次析出”和“回溶-再析出”对薄板坯晶粒细化及性能的均衡影响作用，明确了22MnB5钢组织与性能的调控机理，为新一代高性能汽车用超高强钢TSCR工艺的稳定、高质、高效生产奠定基础。