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1、低碳贝氏体钢不同冷却速度下的组织结构研究关云李平和刘继雄陈庆丰吴立新（武汉钢铁(集团)公司研究院,武汉430080）摘要对低碳贝氏体钢进行热模拟实验，在非再结晶区变形后以不同的冷却速度冷却，研究了不同冷却速度下低碳贝氏体钢的组织结构特征和第二相析出规律。结果表明，冷却速度对组织亚结构的影响较大。以20～50℃/S的高速冷却后，该钢的组织以板条贝氏体为主，小角度晶界较多。随着冷却速度的降低，组织中板条贝氏体减少，粒状贝氏体增加，大角度晶界比例增加，但板条间取向差极小。当冷速降低到5℃/s时，粒状贝氏体的体积分数显著增多，
2、并形成有明显取向差的胞状亚晶。以3℃/S冷却后，组织以粒状贝氏体为主，出现先共析铁素体晶核，开始发生铁素体相变；以低于2℃/S的冷速冷却后，形成由块状铁素体、多边形铁素体和粒状贝氏体组成的混合组织，大角度晶界比例较高。实验钢中的析出相主要有矩形(Ti,Nb)(N,C)及球形Nb(N,C)或NbC两种，在冷却过程中，以NbC相析出为主，随着冷却速度降低，析出相尺寸略有增大。关键词冷却速度贝氏体组织结构析出相低碳贝氏体钢近年来，低碳（超低碳）贝氏体钢因具有优良的综合性能得到广泛研究，工艺上发展了驰豫—析出—控制相变技术（R
3、PC）[1-4]。已有的研究结果表明，驰豫和快冷是得到细小尺寸的板条贝氏体组织的重要因素，冷速在大于10℃/S得到以板条贝氏体为主的组织，较小冷速则得到粒状贝氏体为主的组织[5]。本文在已有研究的基础上，利用热模拟实验，对武钢工业性生产的800MPa级低碳贝氏体钢不同冷却速度下的组织结构和第二相析出规律进行分析研究，为合理、精确地控制组织类型及细化组织尺寸提供实验依据。1实验过程试验用钢的成分见表1,将试样加工成Φ8mm×12mm圆柱，在THERMECHMASTOR-Z热模拟实验机上进行热压缩实验。实验工艺见图1：将试
4、样加热到1000℃保温300秒，以2℃/S降温到950℃变形25%，再以1.5℃/S降温到900℃变形30%，变形后以5℃/S驰豫降温到740℃，分别以50、20、15、10、8、5、3、2、1.5、1、0.5、0.2℃/S等12种不同的冷却速度冷却到200℃以下。表1试验钢的化学成分(wt%)CMnSiCrNiMoCuTiNbPS0.0421.620.340.0170.340.230.320.0130.0660.0120.007750,20,15,10,8,5,3,2,1.5,1,0.5,0.2℃/s740℃900℃
5、,变形30%1.5℃/s950℃,变形25%2℃/s1000℃*300sT/℃T/s图1热模拟实验工艺示意图在变形试样的直径1/4处沿轴向剖开，分别制备成金相试样、萃取碳复型和金属薄膜电镜试样，用光学显微镜观察金相组织，用JEM—2000FXⅡ型透射电镜观察组织亚结构和第二相析出特征。选取冷却速度为20℃/S、5℃/S、0.5℃/S的三个试样，在Quant400扫描电镜下采用电子背散射（EBSD）技术对晶界及亚晶界特征进行测量分析，观察视场均为平行压缩轴方向的金相抛光面的直径1/4处。2实验结果2.1组织亚结构观察金相
6、组织观察结果表明，以20～50℃/s快速冷却后得到的组织为板条贝氏体，以15℃/s冷却后，组织中以板条贝氏体为主,但观察到少量粒状贝氏体。随着冷却速度降低，板条贝氏体减少，粒状贝氏体相应增加。当冷却速度为5℃/s时，组织以粒状贝氏体为主，且M/A岛尺寸增大；以3℃/S冷却后组织中出现块状铁素体区域，且在块状铁素体晶界观察到极少量多边形铁素体小晶粒。当冷速低于3℃/S时，得到块状铁素体、粒状贝氏体及多边形铁素体组成的混合组织；随着冷速的继续降低，组织中块状铁素体和多边形铁素体数量增多，M/A岛尺寸粗大（图2）。在TEM下
7、对金属薄膜样品的组织亚结构进行观察，结果表明：以20-50℃/s快冷后，贝氏体板条位错密度高，板条之间存在尺寸细小的M/A岛，随着冷却速度降低，贝氏体板条宽化，位错密度降低，粒状贝氏体数量增多，M/A岛尺寸增大。对以15℃/s冷却后的多个贝氏体板条进行选区电子衍射分析，其衍射斑点只有微小分裂，表明贝氏体间存在极小的取向差（图3）。对5℃/S冷却后形成的位错胞状亚晶组织进行选区电子衍射分析，这些细小亚晶区的衍射花样为多晶衍射环，可见这些胞状亚晶间取向差明显（图4），表明组织亚结构间的取向差随着冷却速度的降低而增大。7(c
8、)(d)(b))(a)(e)(f)20μm图2不同冷却速度下的金相组织(a)20℃/S；(b)15℃/S；(c)8℃/S；(d)5℃/S；(e)3℃/S；(f)1℃/S(b)(c)图315℃/S下的组织亚结构衍衬像图45℃/S下的组织亚结构衍衬像和电子衍射[113]α和电子衍射图7当冷却速度降低到3℃/S时，试样中出现块状铁素体区
