碳素结构钢成本低廉但只能达到较低的强度等级，更高的强度等级是以牺牲成型性能和焊接性能为代价的。含磷钢对焊接性能、退火再结晶影响较小，加之成本经济、屈强比低、热轧到退火强度损失小等优点，很适合冷轧结构钢板的开发，但所能达到的强度级别较低。微合金化钢具有细晶强化和沉淀强化效应显著、焊接性能好等优点，但有屈强比高、再结晶困难、工艺敏感性大等缺点。采用含磷钢微合金化的技术路线综合了含磷钢和微合金化钢的优点，避免了各自的缺点，从而在达到一定强度等级的基础上，保证钢板具有较低的屈强比及较低的工艺敏感性，并保持了较低的成本。
常用的微合金化元素有钒、钛和铌，对于冷轧和镀层钢板，常用钛和铌，而钛钢由于在批量生产中很难控制工艺条件来保证较窄的力学性能离散度，且钛含量较高的钢中其焊接性能较差，所以钛主要用作铌微合金化的补充。下面研究了铌钛复合微合金化对含磷钢热轧态和冷轧态组织、性能的影响。
试验钢在真空感应炉中进行冶炼，主要化学成分如表1所示。钢锭锻造成断面为200mm×25mm的板坯，加热制度为1200℃，终锻温度在850℃左右。将锻造板坯加工成断面为200mm×22mm热轧坯坯料，在实验室轧机上进行热轧。板坯加热温度为1250℃，保温时间为1h，按三道次(压下率分别为50%、50%和40%)轧成4mm的薄板，终轧温度控制在900℃左右；轧后的钢板在冷却剂中冷却20s左右分别降到600、650、700℃放入箱式炉中保温1h后随炉冷却到室温以模拟热轧卷取。热轧薄带盐酸酸洗后轧成1.6mm冷轧薄带供退火用。退火在实验室盐浴炉中进行，退火温度分别为650、700、750、780、825、850℃，退火时间分别为10、30、60、100、300、1000s，以研究再结晶动力学。此外，为了研究退火工艺对显微组织和力学性能的影响，选择750、780、800、825、850℃5种退火温度和30s的退火时间进行退火。
表1 试验钢的主要化学成分( wB %)
|
编号 |
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Als |
O |
N |
Nb |
Ti |
|
S1(含磷) |
0.047 |
0.010 |
0.348 |
0.006 |
0.051 |
0.005 |
0.012 |
0.005 |
- |
- |
|
S2(铌微合金) |
0.075 |
0.097 |
0.373 |
0.005 |
0.053 |
0.001 |
0.074 |
0.004 |
0.023 |
- |
|
S3(铌钛微合金) |
0.034 |
0.012 |
0.312 |
0.005 |
0.050 |
0.002 |
0.010 |
0.004 |
0.020 |
0.012 |
结果表明：
(1)铌微合金化钢和铌钛复合微合金化钢均在600℃卷取时析出充分且未见粗化，沉淀强化效果明显，随着卷取温度的升高，析出物粗化，强化效应减弱。与铌微合金化钢相比而言，铌钛复合微合金化钢在600℃卷取时析出物数量更多，在更高温度卷取时熟化速度更快，650℃卷取时即熟化到一定程度，继续升高卷取温度至700℃时，析出物进一步粗化的程度有限。
(2)添加微合金化元素之后显著提高了再结晶激活能，含磷钢的退火再结晶激活能在130kJ/mol左右，微合金化钢的再结晶激活能均在240kJ/mol以上。600℃卷取的条件下，铌微合金化钢、铌钛复合微合金化钢的退火再结晶激活能分别是301、349kJ/mol，800℃×30s连续退火时均可以保证完全再结晶；650℃卷取条件下，铌微合金化钢、铌钛复合微合金化钢的退火再结晶激活能分别是277、272kJ/mol，可以保证完全再结晶的连续退火条件分别是780℃×30s、750℃×30s。
(3)在保证完全再结晶的基础上，随着退火温度的升高，析出物会进一步粗化长大，沉淀强化效应减弱，会在一定程度上影响板卷之间的力学性能稳定性，对于性能离散度有严格限制的产品系列，尤其要注意连续退火的精确控温。
(4)针对350MPa级冷轧结构产品系列推荐铌钛复合微合金化钢的成分体系，卷取温度和退火制度分别是600℃、800℃×30s；针对320MPa级冷轧结构产品系列推荐铌微合金化钢的成分体系，卷取温度和退火制度分别是650℃、780℃×30s。（子云）
