低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)

劉 浩魏遠(yuǎn)征方 芳尹云洋

(1.武鋼研究院 湖北 武漢:430080;2.武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 湖北 武漢:430081)

低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)

劉 浩1魏遠(yuǎn)征2方 芳1尹云洋1

(1.武鋼研究院 湖北 武漢:430080;2.武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 湖北 武漢:430081)

采用熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定了低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼在奧氏體化溫度900℃變形40%時(shí),0.1℃/s～60℃/s的不同冷卻速度的相變膨脹曲線,并測(cè)定了該鋼的相變點(diǎn),根據(jù)轉(zhuǎn)變特征和膨脹法原理繪制了低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼在動(dòng)態(tài)條件下的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)圖,從檢測(cè)結(jié)果可以看到低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼在奧氏體化溫度900℃變形40%的條件下,以60℃/s的冷卻速度,冷到200℃時(shí),其組織幾乎全部為貝氏體。隨著冷卻速度的增加,試樣的顯微硬度也增加。在冷卻速率很慢的時(shí)候,只能看到鐵素體相變而看不到有貝氏體相變的發(fā)生。并且隨著冷卻速率的增加,貝氏體轉(zhuǎn)變溫度趨于降低,貝氏體的形貌也發(fā)生了變化。

低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼;連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線;相變點(diǎn)

在熱軋控制冷卻過(guò)程中,通過(guò)改變冷卻條件來(lái)細(xì)化晶粒,并控制鋼材熱軋態(tài)組織,為冷軋準(zhǔn)備較好的原始組織,以獲得最終成品所需要的理想性能。在不同的冷卻速率下,發(fā)生不同類型的相變,獲得不同的相變產(chǎn)物,例如細(xì)化的鐵素體、珠光體、貝氏體以及馬氏體等各種組織和組織的混合物,以達(dá)到不同的性能[1]。

本文在Thermecmastor-Z型熱模擬試驗(yàn)裝置上利用熱膨脹法測(cè)定了低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼變形情況下的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,為制定合理的控制冷卻和熱處理工藝提供依據(jù),另一方面研究不同的冷卻條件對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼的組織影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用鋼為低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼,由鑄坯加工成Ф8mm×12mm的圓柱試樣。其化學(xué)成分如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(wt%)

1.2 模擬實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)在熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上利用熱膨脹法測(cè)定鋼在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中的相變溫度,實(shí)驗(yàn)工藝示意圖見(jiàn)圖1。具體實(shí)驗(yàn)方法如下:

圖1 測(cè)定CCT曲線的方法示意圖

(1)CCT曲線測(cè)定:把實(shí)驗(yàn)鋼試樣加熱到1250℃,保溫5分鐘,然后以10℃/s的冷卻速率冷卻到900℃,壓縮變形40%后,分別以0.1,0.2,0.5,1,5,10,20,50,60℃/s的速率冷卻,記錄冷卻過(guò)程中的熱膨脹曲線。

(2)將不同的工藝制度下的試樣沿軸向剖開(kāi),經(jīng)過(guò)研磨、拋光后采用4%的硝酸酒精溶液腐蝕,顯微組織在PME3—323UN型金相顯微鏡下進(jìn)行觀察、分析。并且在FV—700型半自動(dòng)數(shù)值維氏硬度計(jì)上測(cè)定顯微硬度值,硬度值見(jiàn)表2。

表2 低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼熱模擬試樣的顯微硬度值

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同冷卻速度時(shí)熱膨脹曲線分析

在實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的熱膨脹曲線示意圖如圖2所示;在加熱過(guò)程中試樣隨溫度升高,膨脹量逐漸增加;在隨后的冷卻過(guò)程中,膨脹量隨著溫度的降低而減小;膨脹量隨溫度的變化成線性關(guān)系,但是在發(fā)生相變的時(shí)候,膨脹曲線會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)[2]。

從檢測(cè)結(jié)果可以看到,該鋼的相變點(diǎn)Ac3=901℃,Ac1=738℃,Ar3=893℃,Ar1=720℃,根據(jù)熱膨脹曲線上膨脹量的轉(zhuǎn)折點(diǎn),將各相轉(zhuǎn)變的開(kāi)始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)、相變開(kāi)始溫度和終了溫度等通過(guò)計(jì)算機(jī)Origin軟件標(biāo)在以“溫度-時(shí)間”為坐標(biāo)的轉(zhuǎn)變圖上,從而繪制出如圖3和圖4所示的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖,即CCT圖。

圖2 連續(xù)冷卻時(shí)熱膨脹曲線示意圖

2.2 CCT曲線及其分析

圖3和圖4分別是實(shí)驗(yàn)鋼在無(wú)變形和40%變形條件下的連續(xù)冷卻相變曲線(CCT)。

圖3 無(wú)變形連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖

圖4 40%變形條件下的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線

由圖3和圖4曲線可以看出,在有變形的條件下,奧氏體內(nèi)部的能量增加,先共析鐵素體的相變驅(qū)動(dòng)力增加,加速了鐵素體相變,使CCT曲線左移。變形擴(kuò)大了鋼的鐵素體形成范圍,貝氏體區(qū)縮小。圖5為實(shí)驗(yàn)鋼的顯微硬度隨冷卻速率的變化曲線,它反映了試樣的顯微硬度隨著不同的相變產(chǎn)物而變化的關(guān)系?？梢钥闯?隨著冷卻速度的增加,試樣的顯微硬度也增加。這是因?yàn)樵谳^低的冷卻速率下,相變的產(chǎn)物主要是高溫轉(zhuǎn)變的先共析鐵素體,因此硬度較低。在冷卻速率為5℃/s～60℃/s之間,硬度隨冷卻速度的變化不明顯,出現(xiàn)一個(gè)平緩的臺(tái)階,在變形的條件下約為HV170左右。這是由于在這個(gè)冷卻范圍內(nèi)的相變產(chǎn)物主要是中溫轉(zhuǎn)變的貝氏體組織,雖然隨冷卻速率的變化,貝氏體的形貌會(huì)發(fā)生變化,但硬度變化不大。

圖5 顯微硬度隨冷卻速率變化規(guī)律

2.3 冷卻速度對(duì)相變組織的影響

試樣經(jīng)不同冷速冷卻以后,在金相顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖6所示。用掃描電鏡作進(jìn)一步的觀察(見(jiàn)圖7),發(fā)現(xiàn)隨著冷速的增加,貝氏體的形態(tài)也發(fā)生改變,呈細(xì)小、彌散分布。在有40%變形的奧氏體中,冷卻速度小于5℃/s時(shí),組織為先共析鐵素體、珠光體和貝氏體組織的混合,隨冷卻速度的增加,鐵素體、珠光體含量減少,貝氏體含量增加。

變形能夠顯著地增加γ晶界上高應(yīng)變區(qū)的密度,從而提高了成核速率,使40%變形條件下冷卻速度低的時(shí)候,出現(xiàn)了珠光體。如圖7中所示,在冷卻速率為0.1℃/s的時(shí)候,組織主要為鐵素體和珠光體組織。

圖6 在不同的冷卻條件下所得到的實(shí)驗(yàn)鋼的光學(xué)顯微組織

圖7 在不同的冷卻條件下所得到的實(shí)驗(yàn)鋼的SEM顯微組織

3 結(jié)論

(1)采用熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定了低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼不同冷卻速度的相變膨脹曲線,并用Origin軟件按膨脹法原理繪制了低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼動(dòng)態(tài)條件下的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)圖。

(2)觀測(cè)了低碳含磷冷軋高強(qiáng)鋼不同冷卻速度下的硬度和組織轉(zhuǎn)變情況,分別與在變形條件下的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)圖相匹配。

[1] Pereloma E V,Bayley C,Boyd J D.Microstructural evolution during simulated OLAC processing of a low-carbon microalloyed steel[J].Materials Science and Engineering,1996,A210:16-24.

[2] 劉宗昌,任慧平,宋義全.金屬固態(tài)相變教程[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003.

Continuous Cooling Transformation Test on Low-Carbon Phosphorous Cold-Rolling High-Strength Steel

LIU Hao WEI Yuanzheng FANG Fang YIN Yunyang

Hot simulation test machine has determined the phase change expansion curve of low-carbon phosphorous cold rolling high strength steel at 900℃of austenizing temperature,40%of transmutation and different cooling rates from 0.1℃/s to 60℃/s,and the phase change points of the steel is also determined.According to transition characteristics and expansion principle,the continuous cooling transition(CCT)chart is drawn of the steel under the dynamic condition.It can be seen from the testing result that the steel structure,under the condition of 900℃of austenizing temperature and 40%of transmutation,is almost fully changed to bainite structure at the temperature from 900℃to 60℃at cooling rate of 60℃/s.With the increase of cooling speed,sample’s micro-hardness also increases.When cooling speed is very slow,ferrite phase change can been seen,but bainite phase change is not seen.When cooling speed increases,bainite transition temperature tends to fall and the bainite pattern also changes.

low-carbon phosphorous cold-rolling high-strength steel;continuous cooling transformation curve;transformation point

TG142.1

A

1672-3090(2010)03-0010-04

(責(zé)任編輯:栗 曉)

2009-06-29

劉 浩(1966～),男,教授級(jí)高工.E-mail:liuhao66@wisco.com.cn