逆相变退火对连铸坯组织和力学性能的影响

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1、冶金之家网站逆相变退火对连铸坯组织和力学性能的影响占炜1，2，胡俊1，2，徐国富1，2，王存宇2，曹文全2，董瀚2(1.华中科技大学材料科学与工程学院，湖北武汉430074；2.钢铁研究总院结构材料研究所，北京100081)摘要：研究了逆相变退火温度对0.1C5Mn钢连铸坯的组织结构和力学性能的影响规律，采用SEM进行组织结构的表征，利用XRD技术分析连铸坯退火后奥氏体含量，并测试了退火试样的力学拉伸性能。试验结果表明，连铸坯退火过程中发生奥氏体逆转变且在较低退火温度下有少量碳化物析出，随着退火温度升高，奥氏体

2、含量先增加后减少，析出物逐渐溶解消失。提高退火温度可以显著提高试验钢的抗拉强度但却降低它的屈服强度，另外随退火温度升高，断后伸长率和强塑积先增高后降低。在625～650℃退火，可以获得20%～25%的伸长率。研究结果说明利用逆转变退火可以大幅度提高中锰钢铸坯的力学性能。关键词：连铸；退火温度；逆相变退火随着社会的发展和进步，汽车工业的发展有了巨大的飞跃，汽车用钢的要求及标准也在不断提高，汽车产业已经发展为国民经济重要支柱之一，推动着社会的进步和发展。节能减排是汽车钢发展的重要方向，通过降低汽车的质量和应用具有高

3、强度和高塑性钢板是一种有效提高汽车安全性的方法[1]。在第1代和第2代汽车用钢的基础上，钢铁研究总院研发出了具有高强高塑性能的第3代汽车用钢，第3代汽车用钢的基本目标为抗拉强度(Rm)为1000～1500MPa，塑性A在20%～30%的级别，即强塑积Rm·A达到30GPa·%[2]。其性能介于第1代和第2代汽车用钢之间。第1代汽车用钢和第2代汽车用钢主要组织分别为bcc和fcc结构，而第3代汽车用钢的组织则是具有高强特点的bcc相和较高组分的具有高强化特性的fcc相的复合组织结构。对中锰钢的研究表明，可以通过双

4、相区退火对组织进行调控，得到在马氏体或超细晶铁素体的基体上引入大量亚稳奥氏体的复合组织，从而显著提高钢的综合力学性能，达到甚至超过30GPa·%的强塑积[3]。热轧汽车钢板主要用于汽车车体中的一些受力部件，在载货汽车上使用量较大，约占载重汽车热轧板总量的60%～70%[4]。钢板热轧和冷轧轧制后一般要进行退火处理，一连串的工艺流程需要消耗大量的资源能源，那么作为热轧钢板和冷轧钢板的原始材料连铸坯，如果对连铸坯直接应用适当的热处理工艺，从而获得良好的力学性能和组织结构，可以大大降低生产成本和简化生产工艺，提高生产

5、效率。本文以太钢生产的中锰钢连铸坯为对象，研究了不同的退火温度对连铸坯组织结构和力学性能的影响。1试验材料及方法铸坯的成型是一种边运动边冷却的动态过程，并且在冷却过程中伴随着δ→γ→α的相变过程，铸坯冷却后晶粒一般较为粗大，通常是宏观可见的，主要有表层细晶区，柱状晶区和中心等轴晶区。试验材料为太钢工业生产的TG10钢(0.1C5Mn钢)连铸坯，板坯厚度220mm，宽1250mm。取样示意图见图1，试样分为表层位置取样和1/4位置取样，拉伸冲击试样的长度方向为拉坯方向，冲击试样开口为连铸坯厚度方向。冶金之家网站试

6、验钢的化学成分(质量分数，%)为：C0.1，Mn5，P0.008，S0.002，N30×10-6，余为Fe。试验温度分别为600、625、650、675、700℃，时间为6h的退火试验，冷却方式为空冷。试验钢进行不同温度退火后加工成标准拉伸试样进行单轴拉伸试验，取拉伸试样螺纹部分横截面观察其组织结构，并进行XRD试验，测量不同退火温度下试样残余奥氏体的含量。试验采用PHIL-IPSADP-10型X射线衍射仪测量残余奥氏体含量以及其碳含量，测试条件为Co靶，管流30mA，管压30kV，采用石墨晶体单色器，步进扫描

7、，步长为0.02°，积分时间为0.4s，试验根据铁素体晶面(200)、(211)和奥氏体晶面(200)、(220)、和(311)的衍射峰积分强度，利用六线对比法计算得出残余奥氏体的含量，其计算公式为：式中：G为与奥氏体和铁素体某些晶面相关的参数，Vi为不同G值对应的残余奥氏体体积分数，Iα、Iγ分别为铁素体和奥氏体相应晶面衍射峰的积分强度。2试验结果及分析2.1退火温度对微观组织的影响连铸坯表层位置试样经过不同温度退火后的SEM照片如图2所示。退火前连铸坯组织主要为马氏体组织，退火后试验钢的组织应为铁素体和逆转

8、变形成的奥氏体组织。试验钢在不同的温度退火后，其组织发生了变化，主要呈凹凸状组织。由于中锰钢良好的淬透性能和淬硬能力，在室温下组织为马氏体或马氏体与贝氏体的复合组织，显微硬度为400HV。经过600℃退火，铸态组织中生成了大量的细小析出物，部分腐蚀坑和晶界周边出现腐蚀形貌，随着退火温度升高至625℃，析出物的含量逐渐减少，但等轴状和片状腐蚀坑逐步增多。当退火温度升高至650℃时，已经看