變形工藝對(duì)低碳鋼相變和組織的影響

黃健劉艷超李滿趙科何群才金麗

(1.本鋼集團(tuán)有限公司,遼寧本溪 117000;2.鞍山師范學(xué)院,遼寧鞍山 114007;3.武漢交通職業(yè)學(xué)院實(shí)踐教學(xué)中心,湖北武漢 430070)

變形工藝對(duì)低碳鋼相變和組織的影響

黃健1劉艷超2李滿3趙科1何群才1金麗2

(1.本鋼集團(tuán)有限公司,遼寧本溪 117000;2.鞍山師范學(xué)院,遼寧鞍山 114007;3.武漢交通職業(yè)學(xué)院實(shí)踐教學(xué)中心,湖北武漢 430070)

在Gleeble-1500熱模擬機(jī)上,采用不同的變形工藝?yán)脽崤蛎浄y(cè)定了低碳微合金鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線),結(jié)合組織分析,研究了應(yīng)變對(duì)低碳微合金相變行為的影響規(guī)律,為進(jìn)一步制定其生產(chǎn)工藝提供了理論依據(jù)。

熱模擬 低碳微合金鋼 組織 相變

表1 實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分,質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

1 引言

微合金鋼是指其合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%的鋼，目前，廣泛使用的微合金化元素主要有鈮、鈦、釩等[1，2]。這種鋼綜合利用了當(dāng)代金屬物理和材料科學(xué)的最新成就，在滿足焊接性要求的同時(shí)，強(qiáng)度和韌性也同時(shí)得到滿足，其中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)在于控制軋制和控制冷卻工藝(TMCP)的運(yùn)用，通過(guò)控制最終鋼鐵材料的組織構(gòu)成、組織形貌和晶粒尺寸獲得理想性能[3，4]。因此，研究加工工藝對(duì)微合金鋼相變的影響具有非常重要的實(shí)際意義。為更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，本文研究了不同應(yīng)變條件下，微合金鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程，本文研究結(jié)果可以為實(shí)際生產(chǎn)提供合理的工藝參數(shù)。

圖1 不變形條件下1、3、15℃/s冷卻速率時(shí)低碳鋼組織

圖2 變形20%時(shí)1、3、15℃/s冷卻速率時(shí)低碳鋼組織

2 試樣制備與實(shí)驗(yàn)方法

2.1 試樣制備

本實(shí)驗(yàn)所選用低碳微合金鋼采用100kg中頻感應(yīng)爐冶煉，經(jīng)模鑄，鍛造后取樣。其化學(xué)成分如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法與測(cè)試技術(shù)

本研究采用Gleeble-1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單向壓縮連續(xù)冷卻實(shí)驗(yàn)，將試樣加熱到1200℃，均熱保溫3min，以20℃/s的冷卻速率冷至900℃后，進(jìn)行變形20%和不變形2種工藝處理，然后再以0.5～15℃/s不同冷卻速率冷卻到200℃，測(cè)定膨脹曲線。

圖3 不同應(yīng)變條件下的低碳鋼CCT曲線

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 不變形工藝時(shí)組織

試樣在不變形情況下，1、3、15℃/s冷卻速率下的組織如圖1所示。隨冷卻速率提高，組織中多邊形鐵素體減少。冷卻速率較低時(shí)，先共析鐵素體呈塊狀析出，組織為多邊形鐵素體和貝氏體混合組織，且貝氏體呈板條和粒狀兩種形貌。粒狀貝氏體先于板條狀貝氏體形成，形成溫度較高，粒狀貝氏體形成后，分割了原始奧氏體晶粒，促使后繼的貝氏體轉(zhuǎn)變局限在小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，從而得到二者的復(fù)合組織。冷速提高到3℃/s時(shí)，先共析鐵素體基本消失，組織轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。隨著冷卻速率的進(jìn)一步提高，所獲得的貝氏體尺寸逐漸減小。冷卻速率為15℃/s時(shí)，因貝氏體相變溫度也較低，相對(duì)而言，貝氏體組織差異較大。

3.2 變形20%工藝時(shí)組織

變形20%工藝條件下典型金相組織如圖2所示。冷卻速率極低時(shí)，奧氏體大部分轉(zhuǎn)變成多邊形或準(zhǔn)多邊形鐵素體，并伴有少量的珠光體，其組織均勻性較差。隨著冷卻速率的提高，組織中珠光體減少。冷卻速率為3℃/s時(shí)，組織大部分轉(zhuǎn)變成貝氏體，局部仍然有少量先共析鐵素體組織。隨冷卻速率進(jìn)一步提高至15℃/s時(shí)，組織為貝氏體，組織各向異性好，且均勻細(xì)小。

3.3 不同工藝CCT曲線對(duì)比

由圖3可見(jiàn)，在兩種CCT曲線中，相變區(qū)域均可以劃分為三個(gè)部分：奧氏體區(qū)，高溫轉(zhuǎn)變鐵素體和中溫轉(zhuǎn)變貝氏體區(qū)，相變產(chǎn)物為先共析鐵素體(珠光體)和貝氏體。變形加速了連續(xù)冷卻相變，使鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變曲線左移，鐵素體相變點(diǎn)溫度Ar3有所提高，但變形工藝對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變溫度影響不大。

3.4 結(jié)果分析

在低冷卻速率條件下，不變形時(shí)組織主要為先共析鐵素體，而變形后則主要為貝氏體和針狀鐵素體，二者的顯微形貌差異較大。當(dāng)冷卻速率為3℃/s時(shí)，不變形工藝條件下組織已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，沒(méi)有先共析鐵素體存在。但是，變形20%時(shí)，3℃/s時(shí)依然有少量先共析鐵素體沿著原奧氏體晶界分布，如圖1和圖2所示。

鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散控制型相變，變形增加了畸變能，為相變提供驅(qū)動(dòng)力，更有利于高溫區(qū)相變，同時(shí)，變形也增加了界面面積，為合金元素的擴(kuò)散提供有利條件，也為鐵素體轉(zhuǎn)變提供條件。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)低碳微合金鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變主要分為鐵素體和貝氏體區(qū)，即使冷卻速率增加為15℃/s，依然沒(méi)有得到馬氏體組織。(2)變形工藝對(duì)鐵素體轉(zhuǎn)變具有明顯影響，低冷卻速率條件下，增加應(yīng)變有利于獲得細(xì)小的先共析鐵素體，而高冷卻速率下，則有利于獲得組織均勻細(xì)小的貝氏體組織。(3)變形工藝的改變對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間沒(méi)有明顯影響。

[1]劉宏亮,劉承軍,王云盛,等.稀土對(duì)X80管線鋼中鈮元素賦存狀態(tài)的影響[J].稀土,2011,32(5):6-11.

[2]吳開(kāi)明,張莉芹.低碳微合金鋼中針狀鐵素體的微觀力學(xué)性能及其組織穩(wěn)定性[J].金屬學(xué)報(bào),2006,42(1):19-22.

[3]趙明純,肖福仁.超低碳針狀鐵素體管線鋼的顯微特征及強(qiáng)韌性行為[J].金屬學(xué)報(bào),2002,38(3):283-287.

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劉艷超(1982-),女,遼寧省朝陽(yáng)市,講師,主要從事計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用研究。