轧制工艺对Ti微合金化马氏体钢力学性能的影响.doc

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1、轧制工艺对Ti微合金化马氏体钢力学性能的影响高韩锋1，2，李晓源2，韩赟2，王珍传2，马林1(1.西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西西安710055；2.钢铁研究总院特殊钢研究所，北京100081)摘要：通过采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射以及相分析等手段来观察组织的微观结构和对析出相的验证，研究轧制温度对轧态Ti微合金化马氏体钢强度的影响。研究结果表明，通过降低轧制温度可以明显提高含Ti马氏体钢的屈服强度，这主要是因为当轧制温度从1100℃降低到950℃过程中，形变诱导析出大量的TiC析出相，随着轧制温度的降低，析出相数量明显增加

2、，并且平均尺寸也逐渐变小。马氏体中大量存在的1～20nm范围的析出相可以起到明显的析出强化作用。关键词：轧制温度；马氏体钢；TiC析出相；屈服强度马氏体钢在钢中占有重要地位，是非常重要的金属材料。传统上提高马氏体钢强度的方法主要通过提高钢中碳含量[1-2]，或者添加固溶强化元素[3]来实现。近年来人们对钢材性能要求日趋提高，研究者提出通过添加微合金元素(Ti，Mo等)在基体中形成纳米级的碳化物析出，从而在高强度的基体中引入细小的析出相，可以阻碍位错运动和抑制拉伸过程中的裂纹扩展[4-5]。此外，人们还提出在钢材的轧制过程中，通过采取不同

3、的轧制温度和变形量来控制钢中析出相的数量和尺寸大小以及析出相在基体中的分布，使之达到最优的析出强化效果[6-7]。目前，这2种方法主要应用在低合金高强度钢(HSLA)[8]中。而微合金化马氏体钢也具有很大的应用前景。本文通过采用3种不同的轧制工艺处理钢板，研究轧制温度对含Ti微合金化马氏体钢的力学性能及Ti元素析出的影响。1试验材料和方法试验钢的化学成分见表1。试验钢采用真空感应炉冶炼，浇铸到模具中。铸锭在1250℃保温2h后，在850～1200℃温度范围内锻造成60mm×200mm×100mm的锻坯。随后将锻坯在马弗炉中加热至1200

4、℃、保温0.5h，均热之后在实验室的可逆轧机上经过7道次变形最终轧制成12mm厚的板材。轧制工艺如图1所示，样品A采用再结晶热轧，样品B，C采用再结晶和非再结晶两阶段轧制，轧制后钢板经过水冷至室温使其获得马氏体组织。采用日立S-4300扫描电镜(SEM)、FEIquan-ta650热场发射扫描电镜上的电子背散射衍射分析技术(EBSD)和日立H-800透射电镜(TEM)对试样的显微组织进行表征。采用相分析方法确定析出相的析出数量、成分及析出物的尺寸分布。首先电解萃取出所有析出相，用化学方法测定Ti元素在析出相中含量后，从所有萃取物中分离出

5、含有Ti元素的析出相，然后经过X射线衍射方法进行物相分析，最终用X射线小角衍射方法测定析出相的尺寸分布。拉伸试验按GB/T228.1—2010试验标准在室温进行。2试验结果图2为样品A，B和C的SEM显微组织形貌，组织均为马氏体。样品A为典型的大颗粒、大尺寸的马氏体板块组织；随着轧制温度降低到1000℃，样品B中之前大尺寸的马氏体组织出现扁平化，出现具有一定方向的平滑马氏体组织；轧制温度降低到950℃时，样品C中的马氏体板条状组织更加扁平并且晶粒取向更加明显。对样品分别进行电子背散射衍射分析，图3为EBSD分析的IPF取向分布及大角度晶

6、界分布图。样品A中晶粒为等轴状，从取向上来看，随机分布且相邻晶粒取向差别不大。当降低轧制温度后，对于样品B和C来说，由于未再结晶变形的作用，原奥氏体晶粒的扁平化在奥氏体向马氏体转变过程中得到遗传，晶粒取向出现明显的方向性。而且样品C中的晶粒取向和晶粒扁平化更加明显。图4为样品析出相在TEM下的明场像，可见纳米级析出相弥散分布于基体组织中。从图5析出相的XRD衍射图谱可知，样品A，B和C衍射图谱在2θ=35°，40.8°，49°出现衍射峰，它们分别属于TiC的(111)，(200)，(220)晶面的衍射峰[8]，说明这些纳米级析出相为Ti

7、C颗粒。另外，相对样品B和C，样品A中的析出物更多更大。从图5的衍射图谱可知，样品A的衍射峰中存在Fe3C(202)晶面的衍射峰，而在样品B和C中并未发现，说明终轧温度为900℃的样品A在水淬过程中发生了自回火现象，析出了一定量的渗碳体。图6给出了TiC析出相的尺寸分布图，随着开始轧制温度的降低，样品A，B和C中TiC析出相的尺寸得到细化，尺寸在5～20nm的TiC析出相占总析出量的比例也随之增多，而尺寸在100～300nm的TiC析出相有所减少。另外，从表2可知，样品B和样品C中的析出相都要比样品A中的析出相多，这说明轧制温度降低，T

8、iC析出相增多，尺寸变小。表3给出了不同轧制温度条件下试验钢的力学性能测试结果，样品A，B，C的屈服强度分别是：1155，1300，1370MPa。说明随着轧制温度的降低，试验钢的屈服强度有明显的提高，但是