從金屬學(xué)的觀點看，現(xiàn)在的TMCP工藝主要由再結(jié)晶奧氏體區(qū)軋制、未再結(jié)晶奧氏體區(qū)軋制、(α＋γ)兩相區(qū)軋制和加速冷卻四個階段組成，如圖1所示。但是，(α＋γ)兩相區(qū)軋制現(xiàn)在很少采用。

圖1  低碳鋼TMCP的四個階段和各階段的組織

為改善鋼的性能，必須優(yōu)化TMCP工藝，了解與熱軋工藝相關(guān)的組織演變過程是非常重要的。根據(jù)鋼類的不同，采用的TMCP工藝也有差異，如圖1和圖2所示。對釩微合金化鋼來說，宜采用圖2中的②較低的再加熱溫度，獲得較小的原始奧氏體組織＋圖1中的①再結(jié)晶控制軋制，通過奧氏體的反復(fù)再結(jié)晶，獲得細小的再結(jié)晶奧氏體晶粒＋圖2中的③奧氏體和鐵素體中的析出物(VN)，增加鐵素體的形核密度＋圖1中的④加速冷卻，增大相變時鐵素體的形核驅(qū)動力等的組合工藝，細化最終組織；對鈮微合金鋼來說，宜采用圖1中的①奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，盡可能破碎粗大的原始奧氏體晶粒＋圖1中的②奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，通過大變形拉長奧氏體晶粒，增加形變儲能和位錯密度，使處于形變硬化狀態(tài)的奧氏體發(fā)生γ→α相變，獲得細小鐵素體晶粒＋圖1中的④加速冷卻，增大過冷度，增加相變時的形核驅(qū)動力，細化最終組織，在這個工藝過程中，圖1中的②奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，使奧氏體產(chǎn)生形變硬化對鐵素體晶粒的細化是最有效的。

圖2  再結(jié)晶控制軋制細化鐵素體晶粒方法的示意圖

瑞典金屬研究所Roberys和Siwecki等人，采用計算機模型MICDEL計算了熱軋過程中微觀組織的演變，對優(yōu)化軋制工藝(變形量、溫度、停留時間)是有幫助的。圖3給出了采用相同的軋制工藝，V、Nb、N含量不同的0.01%Ti-V-N鋼和0.01%Ti-V-Nb鋼在實際熱軋過程中微觀組織演變的情況。圖中數(shù)據(jù)是從1100℃開始經(jīng)11道次軋制的25mm鋼板的情況。0.01%Ti-V-N鋼再加熱后原始奧氏體晶粒尺寸為20μm，而0.01%Ti-V-Nb鋼約為55μm。0.04%V-0.01%N-0.01%Ti低合金鋼，由于出現(xiàn)晶粒異常粗化，原始奧氏體晶粒尺寸達到500μm。由圖3可以看出，高釩和高氮鋼顯示出有效的晶粒細化效果。

圖3  Ti-V-(Nb)-N鋼模擬工業(yè)化熱軋過程中奧氏體微觀組織的演變

微觀組織演變模型也可用于計算0.08%V-0.018%N帶鋼或相似的HSLA熱軋帶鋼奧氏體顯微組織的演變，這兩種鋼在NUCOR鋼廠的小型軋機上曾進行過再結(jié)晶控制軋制，結(jié)果表明，只要軋制道次超過3~4次，薄板坯連鑄或板坯再加熱后的原始奧氏體晶粒尺寸，對再結(jié)晶軋制后最終奧氏體晶粒尺寸沒有影響。經(jīng)過大壓下后，通過新晶粒大量形核發(fā)生再結(jié)晶，使組織細化。

形變量對組織細化有顯著影響。隨著形變量的降低，再結(jié)晶的形核率降低，組織細化作用減小。高溫小壓下導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒異常長大，特別是熱軋道次的終軋壓下量影響最顯著。為了控制板形和板厚，終軋階段通常采用小壓下量的平整軋制，這將有可能導(dǎo)致再結(jié)晶控軋工藝細化奧氏體組織的作用降低。圖4給出了ε-T-t對奧氏體晶粒影響的三維立體圖，指出了防止出現(xiàn)粗晶組織的終軋工藝安全加工區(qū)的曲面，這里所說的粗晶是指奧氏體的晶粒尺寸為30μm。由圖可以看出，在任意溫度及保溫時間下，當軋制應(yīng)變量高于3%時就不會發(fā)生晶粒粗化現(xiàn)象。軋后立即進行加速冷卻，可減小組織粗化的危險性。

圖4  Ti-V-N鋼避開終軋平整道次后出現(xiàn)粗晶奧氏體的工藝窗口

（ε-T-t三維坐標中的曲面是由再結(jié)晶或晶粒長大造成的粗晶區(qū)與原始細晶組織的分界面）