低碳微合金钢连续冷却转变及组织细化实验研究

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1、低碳微合金钢连续冷却转变及组织细化实验研究崔毅(机械科学研究总院核设备安全与可靠性中心，北京100044)摘要：本文运用DT-1000线膨胀仪、Gleeble．1500热模拟试验机和光学显微镜等仪器和方法，研究了低碳微合金钢的连续冷却相交和组织演变规律，．观察了针状铁素体的微观组织，分析了变形、冷却速率等不同因素对组织性能的影响。结果表明：在冷速为0．5～2"C1s时，组织中主要是多边形铁素体和珠光体；冷速为0．5～2。C／s时，组织中主要为贝氏体；在2～20。C／s的较宽的范围内都能得到针状铁素体组织。

2、关键词：低碳微合金钢；针状铁素体；相变；∞T曲线1前言钢的综合力学性能取决于其显微组织分布的均匀程度和晶粒的大小。在现代钢铁材料生产过程中，控制轧制和控制冷却对产品的显微组织和综合力学性能具有决定性的影响作用，是控制产品组织和性能的常用工艺。其中，控冷工艺条件取决于钢在冷却时的相变动力学。钢中Y—n相变是最重要的相变过程，也是决定钢铁材料使用状态的显微组织和力学性能的最主要因烈¨。相变细化是晶粒细化的方式之一，其在钢中最主要的应用是使变形之后的丫_a相变晶粒得到细化。低碳微合金钢是在传统的铁素体一珠光体钢

3、的基础上降碳，提Mn，加Mo的基础上形成的，含有微合金元素Nb、V、Ti等【2】，是以针状铁素体组织为主的合金钢，在石油、化工、电力、核能等行业都有应用。工程中用的针状铁素体钢的组织是一种混合型组织形态p’4J，由准多边形铁素体、超细铁素体、贝氏体铁素体、M／A组元等组成。因为针状铁素体具有高密度位错和亚结构，晶粒细小，所以具有很高的强度和韧性。但是，这种组织在金属结构学定义和组成相的划分上还存在许多争议。为了观察其组织特征和研究其相变规律，本文通过Gleeble一1500热模拟试验机模拟低碳微合金钢的控

4、轧控冷过程，分析了变形、冷却速率等不同因素对组织性能的影响，并绘制动态CCT曲线。2实验材料和方法2．1实验材料本次实验用钢用5kg真空感应炉冶炼，真空浇铸，其化学成分(质量分数％)见表1。铸锭在1200。C力n热后锻造成直径为由10mm的圆棒，然后车制成由8X12mm圆柱形试样。CSi．MnPSVTiNb其它元素0．060．2l1．560．0065O．0085O．090．020．06Mo，Cr,Cu，Ni2．2实验方法在Gleeble一1500热模拟试验机上，对低碳微合金钢进行动态CCT热模拟实验。将由

5、8X12mm圆柱形试样以40。C／s加热至1200。C，保温5分钟，然后以5。C／s冷却速度冷却至1100*C／s，再以应变毛=0．25，应变速率为ls以施加变形，模拟钢的粗轧过程。变形完成后12以5℃／S冷却速度冷却至850℃／s，等待60秒，然后以应变毛=O．25，应变速率为ls。1施加变形，模拟钢的精轧过程。最后以O．5、1、2、5、10、15、20、30℃，s的冷却速度冷却至室温，模拟钢的轧后控冷过程。通过对Gleeble．1500热模拟实验机记录的温度——膨胀量数据进行处理，将测得的不同冷速下相

6、变开始点温度Ar3和结束点温度Arl描绘在一起，绘制其动态CCT曲线，实验简图见图1。对实验后的试样进行金相显微观察，在NEOPHOT21型金相显微镜下观察分析组织特征，并研究组织演变规律。p、型娟3实验结果与分析时间，s图1动态连续冷却相变实验工艺路线简图3．1动态连续冷却过程中相变组织的显微特征动态连续冷却过程中，在0．5℃／s较低的冷却速率下，变形后的组织主要是多边形铁素体(PF)和少量珠光体(P)，如图2(a)所示。当冷却速率进一步提高到2℃／s时，珠光体组织基本消失，只剩下多边形铁素体，而且与0

7、．5"C／s时相比晶粒尺寸变小。当冷却速度为512／s时，开始出现了准多边形铁素体(QF)，如图2(d)，准多边形铁素体弥散的分布在多边形铁素体的周围，但是基体中大部分还是多边形铁素体。随着冷却速率的提高，多边形铁素体在冷速10℃，s时已经消失，针状铁素体尺寸越来越细小，除了非等轴的针状铁素体，还有一些小的具有等轴结构的粒状贝氏体(GB)分布在基体中。随着冷却速率的进一步提高，在30℃／s时，出现了明显的贝氏体板条束，如图20a)所示。条束间的位向关系不13确定，呈混乱分布状态。从删2(0、幢)中可以看出

8、钳状铁索体(AF)呈不规则非等轴状、晶粒界限模糊、没有完整的连续晶界、粒度参差不一。针状铁紊体中呈定^向性排列的岛状组织减少．针状铁素体呈多鼻向发展。说明通过热变形．在晶内形成了更多的位错和亚晶，阻止晶粒的长大．从而细化了品粒，使热变形后的组织晶粒更加细小弥散。另外，实验用钢中的微合金元素，主要以析出温度较低的v元素为主，在热变形后会发隹应变诱导析出9J，形成VC或VN颗粒，在铁素体区发生后续析出，主要分布千晶界、亚品界以及位