薄带连铸技术是21世纪钢铁领域的重要前沿技术,具有流程短、能耗低、凝固组织细小、成分偏析轻等特点。但是,薄带连铸低碳钢带材的奥氏体组织与传统热轧板相比晶粒比较粗大。另一方面,薄带连铸技术具有近终成形的特点,金属液直接被连铸成1～5mm厚的薄带,后续加工变形量小。所以,完全通过形变热处理来实现晶粒超细化存在一定难度,亟需探索实现晶粒超细化的新途径。本工作旨在探索研究薄带连铸条件下基于夹杂物诱发针状铁素体来实现低碳钢晶粒超细化的可行性。采用钛微合金化的成分设计,利用双辊薄带连铸试验机制备出含有大量微细夹杂物的铸带坯,并对铸带坯中的夹杂物特征进行了详细表征。通过模拟实验深入研究了冷却速率等工艺参数对微观组织(特别是针状铁素体)的影响规律,弄清了针状铁素体的组织特性和夹杂物诱发针状铁素体的机理,初步弄清了针状铁素体的含量和多边形铁素体尺寸对力学性能的影响。主要结论如下:(1)薄带连铸低碳钢薄带中存在大量的非金属夹杂物,主要是Ti、Al、Mn、Si等元素的复合氧化物。复合氧化物的尺寸为0.2～2.0μm,并且大部分夹杂物的尺寸集中在0.2～1.0μm这一范围内。根据复合氧化物中Si、Mn、Ti和Al等元素的分布的观察结果,可以判断夹杂物分成心部、外壳和表面沉淀三个部分。心部由Al2O3和Ti的氧化物(Ti3O5等)组成,外壳极有可能由SiO2·MnO和MnO·TiO2构成,表面沉淀则是一些硫化物。这种复合氧化物能够诱发针状铁素体,并且,适当增大氧化物的尺寸可以提高针状铁素体的形核率。(2)研究结果证明氧化物诱发针状铁素体主要是由溶质贫乏机制引起。实验过程中在氧化物周围的基体中可以观察到碳元素的贫化区。由于氧化物的热膨胀系数与基体不同,所以,在冷却过程中氧化物周围的基体中会产生大量位错。碳原子易于沿着位错从周围基体向氧化物表面扩散,从而产生贫碳区。贫碳区的形成降低了夹杂物周围奥氏体的稳定性,为γ→α提供额外的化学驱动力,促进了针状铁素体的形核。针状铁素体与原始奥氏体遵循K-S取向关系。在同一夹杂物表面形核,沿同一直线背向生长的针状铁素体在相同的奥氏体惯习面上形核。(3)研究了 1200℃～650℃和700℃～20℃两个温度区间内冷却速率对针状铁素体含量和尺寸的影响。在1200℃～650℃区间内,针状铁素体的含量先随冷却速率的增大而增加,当冷却速率超过20℃/s时,针状铁素体含量反而会随冷却速率的增大而减少。在700℃～20℃区间内,针状铁素体的含量随冷却速率的增大而增加,但是,增加幅度逐渐减小。冷却速率超过10℃/s时,针状铁素体的含量几乎不再变化。冷却速率在0.2～30℃/s这一范围内时,针状铁素体尺寸会随冷却速率的增加而减小。(4)研究了 600℃、650℃、700℃三个冷却温度对针状铁素体含量和针状铁素体团尺寸的影响。冷却温度为700℃时,大量过冷奥氏体转变成先共析铁素体,针状铁素体含量和针状铁素体团尺寸最小。冷却温度为650℃时,针状铁素体含量和针状铁素体团尺寸均最大。(5)控制加热保温时间主要控制奥氏体晶粒的尺寸,增大奥氏体晶粒的尺寸会降低针状铁素体相变阻力。但是,加热保温时间超过10min后,奥氏体晶粒几乎不再长大,增加保温时间反而会使针状铁素体的含量减少。(6)提高低碳钢薄带中针状铁素体的含量可以大幅提高抗拉强度,但是会降低延伸率。不含有针状铁素体的低碳钢抗拉强度为387MPa,延伸率为51.65%。将针状铁素体的含量提高至56%时,抗拉强度可提高至513MPa,延伸率为27.42%。除了针状铁素体的含量,多边形铁素体尺寸等因素也会对力学性能产生很大影响。因此本工作仅初步研究了针状铁素体含量对低碳钢力学性能的影响,仍有很多的后续研究工作需要开展。