形变对奥氏体中温等温转变组织与性能的影响

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1、形变对奥氏体中温等温转变组织与性能的影响柳得橹林昌柯俊北京科技大学材料物理系在一定洁净度和微合金化条件下，钢的组织控制是获得优良综合性能特别是高强度高韧性的关键．通过特定工艺控制钢的再结晶、相变以及弥散相析出等过程可获得以组织细化、弥散相析出和晶体缺陷结构相结合为主的复合强化效果．在各种强化方式中只有晶粒细化的脆化矢量为负值，既能提高强度又可改善韧性．因此，发展新一代钢铁材料的研究重点之一是钢的晶粒细化研究．由于仅仅依靠控制钢的奥氏体再结晶来细化组织其晶粒尺寸只能达到10μm水平，为了获得微米、

2、亚微米甚至更细小的组织，必须以相变为基础．大量研究表明：以贝氏体或马氏体相变为基础对低碳微合金钢进行组织控制是实现微合金钢强韧化的最有效途径之一．Hall-Petch公式给出了多边形铁素体晶粒直径d与屈服应力σy之间的关系，即σy;比例于晶粒直径d的负1/2次方．现已证明，这关系也适用于贝氏体板条的宽度．在微合金钢中由于含碳量很低，合金元素Nb，V，Ti等的含量也很低，固溶强化的效果较小，具有针状组织的贝氏体钢的主要强化方式为晶粒细化（包括贝氏体板条的组织细化）、弥散强化及位错亚结构强化等．细晶

3、粒贝氏体组织钢由于有效晶粒尺寸小、位错密度高再加上细小碳氮化物沉淀可以得到很高的强度与韧性，而且可能在工业生产中通过对热加工工艺的控制来控制钢的贝氏体相变动力学，获得超细组织，实现对其组织与性能的控制．本课题对高洁净试验钢和成分相近的低碳微合金工业钢开展了研究，本文报导了有关的初步实验结果并讨论了奥氏体形变对奥氏体-贝氏体转变、转变组织及性能的影响．1实验方法及结果1.1试验用钢和形变热处理试验钢是含微量Nb，Ti的极低碳Si，Mn钢，分为两类：一类为北京科技大学冶金研究所冶炼的高洁净超低碳微合

4、金钢，用10kg真空感应炉冶炼，钢锭5kg左右；另一类为工业规模生产的低碳微合金钢，取自宝山钢铁公司300t转炉生产的大桥用钢XTE355（编号：8Y）和管道用钢X60（编号：6B）．表1给出了这些试验钢的化学成分，纯净钢的含碳量比工业钢略低而且含0.002;0%硼，其硫、磷各比工业钢低一个数量级，杂质元素总含量［O］+［S］+［P］+［H］＜0.002;0%．本工作应用Gleeble1500热模拟机研究了形变对奥氏体转变温度、组织与性能的影响．首先测定了试验钢的CCT曲线，将纯净钢3Y和工业钢

5、6B试样加热到1200℃保持30min，然后分别以10，5，3，1和0.1℃/s的速度冷却，得到了在不同冷速时奥氏体的转变温度．实验结果表明:3Y的Ar3温度为900℃左右，BS为600～660℃，而工业钢6B的Ar3在870℃左右，BS温度为680～690℃．本工作没有测定8Y试样的CCT曲线，但根据宝钢的技术资料表明8Y钢的Ar3温度为830℃，以30℃/s至3℃/s速度冷却时BS温度在550～590℃．而纯净钢3Y经900℃变形70%后冷却时，冷速在10℃/s至2℃/s范围都得到以贝氏［4

6、］体为主的组织，奥氏体直到660℃左右才开始转变，生成α;相．在实验测定CCT曲线的基础上，对纯净钢3Y和工业钢6B及8Y进行了形变奥氏体的中温等温转变实验研究，以便了解形变对随后奥氏体中温等温转变的影响．试样加热至奥氏体高温区固溶后快速冷却到变形温度T1或T2（T1为780℃，T2为900℃）压缩70%（变形速率1/s），再冷却到500℃分别保持500s或800s．由前面的实验结果可知对于3Y、6B和8Y3种钢变形温度T1（780℃）位于Ar3和Ar1之间，当冷速较慢时在780℃已有α相生成、

7、是试样的两相区，但冷速足够快时在这3种钢中780℃仍是奥氏体区．而变形温度T2（900℃）对全部试样都是奥氏体区，等温转变温度500℃则是贝氏体相变区．表1试验用钢的化学成分和杂质量(质量分级)％编号CMnSiNbVTiAlsPSNBtCaCuCrNi3Y0.0431.540.140.044-0.0420.0460.00240.00750.00450.0920----6B0.0721.340.230.0430.0400.0180.0290.01600.0032--0.0038---8Y0.140

8、1.340.380.028-0.0160.0370.01000.00880.0088--0.150.020.201.2形变热处理试样的组织与强度表2等温处理试样的晶粒尺寸与硬度(HV5)换算的抗拉强度试样号形变热处理制度平均晶粒尺寸/μm抗拉/MPa注3-7D1T1压缩70%→500℃,500sX:1.96,Y:1.90(计数463晶粒)778.1图1-a6-7D1T1压缩70%→500℃,500sX:2.2Y:0.76(计数212晶粒)696.88-7D1T1压缩70%→500℃,500s-7