熱變形條件對一種Cr-Mn-Mo-B鋼連續(xù)冷卻貝氏體轉(zhuǎn)變的影響

1、熱變形條件對一種Cr-Mn-Mo-B鋼連續(xù)冷卻貝氏體轉(zhuǎn)變的影響李星逸劉文昌鄭煬曾(佳木斯大學)(燕山大學)管秀發(fā)劉月華(沈陽重型機器廠)摘要用THERMECMASTOR-Z試驗裝置研究了熱變形條件對一種Cr-Mn-Mo-B鋼連續(xù)冷卻條件下貝氏體轉(zhuǎn)變動力學及其產(chǎn)物形態(tài)的影響。試驗結(jié)果表明，熱變形溫度對貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度的影響是非單調(diào)的，不同溫度區(qū)間其變化規(guī)律不同，這一影響取決于熱變形后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶的程度。關(guān)鍵詞貝氏體轉(zhuǎn)變熱變形連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變EFFECT OF HOT DEFORMATION CONDITION ON CONTINUOUS COOLING TRANSFORMATION OF BA

2、INITE FOR A Cr-Mn-Mo-B STEELLI XingyiLIU WenchangZHENG Yangzeng(Jiamusi University) (Yanshan University)GUAN XiufaLIU Yuehua(Shenyang Heavy Machinery Works)ABSTRACTThe effect of hot deformation condition on continuous cooling transformation of bainite for a Cr-Mn-Mo-B steel has been studied by means

3、 of THERMECMASTOR-Z.The experimental results show that the effect of hot deformation temperature on bainite transformation temperature is not monotone.KEY WORDSbainite transformation,hot deformation,continuous cooling transformation貝氏體相變動力學一直是貝氏體研究中備受關(guān)注的問題，因為動力學上表現(xiàn)出的特征往往反映了特定的相變機制。目前，不同學派已用不同合金做過試驗研

4、究，并以各自所持的觀點對試驗結(jié)果作出相應的討論和解釋，但相互之間有明顯的分歧，貝氏體相變動力學研究成為不同學派爭論的焦點之一1，2。然而，在眾多的文獻中，奧氏體熱變形對連續(xù)冷卻條件下貝氏體轉(zhuǎn)變行為的影響研究甚少。目前，采用控制軋制和形變熱處理改善材料的力學性能和組織狀態(tài)的新技術(shù)已廣泛地得到研究和應用3，4。隨著控軋貝氏體鋼的開發(fā)，研究奧氏體熱變形對貝氏體轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變機制、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和性能的影響是非常重要的。本文用熱模擬機研究了新研制的一種Cr-Mn-Mo-B鋼的熱變形條件對連續(xù)冷卻條件下貝氏體轉(zhuǎn)變動力學及其產(chǎn)物形態(tài)的影響，這為進一步研究其性能控制和微觀機制以及合理地制定該鋼的熱軋工藝制度提供了理論

5、依據(jù)。1試驗材料及試驗方法試驗用材由沈陽重型機器廠提供，用150 kg中頻爐冶煉，澆鑄成鋼錠后鍛成1520 mm的圓棒，經(jīng)退火再切削成如圖1所示的試樣，試驗用鋼的化學成分()：0.27 C，0.67 Si，1.49 Mn，1.29 Cr，0.23 Mo，0.024 Ti，0.0021 B，0.016 P，0.028 S，0.006 N。試驗研究了奧氏體熱變形溫度、應變速率對貝氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動力學的影響。將熱變形的試樣分別加熱至同一奧氏體化溫度(1200 °C)，保溫2 min，然后以10 °Cs的冷速分別冷卻到不同的變形溫度(1200、1100、1000、900、800、

6、700、550 °C)，以三種變形速率(0.01、0.1、1 s-1)變形至同一變形量：0.8，然后以1 °Cs的相同冷卻速度冷至室溫，測定相變開始溫度。圖 1試樣幾何尺寸Fig.1Specimen geometry試驗在THERMECMASTIR-Z熱加工模擬機上進行，整個試驗過程由計算機自動控制，各種數(shù)據(jù)的采集由計算機自動完成，并繪制成圖表。2試驗結(jié)果及討論 熱變形溫度對貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度的影響從試驗用鋼奧氏體熱變形溫度與貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度(Bs)的關(guān)系曲線(圖2)可以看出，熱變形溫度對Bs的影響不是單調(diào)的。熱變形后在連續(xù)冷卻過程中將發(fā)生靜態(tài)回復與靜態(tài)再結(jié)晶以及晶粒長大

7、。研究發(fā)現(xiàn)，試驗用鋼在變形溫度高于900 °C時，在其隨后1 °Cs冷卻過程中發(fā)生了完全再結(jié)晶及晶粒長大，而在低于此溫度時沒有充分發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶5。圖3給出了單位體積有效晶界面積(SV)與貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度(Bs)的關(guān)系曲線。貝氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生于過冷奧氏體中溫區(qū)，鐵和合金元素的原子已經(jīng)很難進行擴散，而碳原子則保持著一定的擴散能力，這就決定了貝氏體轉(zhuǎn)變的綜合特點，即貝氏體轉(zhuǎn)變是一個有碳原子擴散的“馬氏體圖 2熱變形溫度對Bs的影響Fig.2Effect of deformation temperature on Bs圖 3有效晶界面積(SV)對BS的影響Fig.3 Effect

8、of SV on Bs型”共格切變過程6。從本試驗結(jié)果來看，在熱變形奧氏體相變前能完成再結(jié)晶的情況下(9001200 °C)，隨著奧氏體熱變形溫度的降低，相變前奧氏體晶粒減小5。若考慮碳原子的擴散，則隨著晶粒的細化，單位體積有效晶界面積增加，故對擴散有利，即加速碳原子的擴散。從這一點出發(fā)，隨著熱變形溫度的降低，則應該對貝氏體轉(zhuǎn)變有加速作用，使得Bs升高，而試驗結(jié)果恰恰相反。這說明在上述情況條件下，擴散對貝氏體相變并不占主導地位。由圖2可以看出，在9001200 °C范圍內(nèi)，隨著熱變形溫度的降低，貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度下降，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于隨著熱變形溫度的降低，貝氏體相變前奧

9、氏體晶粒尺寸變小，SV增大，使得在貝氏體轉(zhuǎn)變中切變阻力增加，故表現(xiàn)出Bs下降。由圖3可以看出，在本試驗條件下，確實是隨著SV的增加，Bs下降。因此可以證明，試驗用鋼在熱變形奧氏體能完成再結(jié)晶的情況下，在熱變形溫度對貝氏體轉(zhuǎn)變動力學的影響中占主導地位的是共格切變因素。然而，當熱變形奧氏體從再結(jié)晶狀態(tài)過渡到未再結(jié)晶狀態(tài)時(900550 °C)，隨變形溫度的降低，貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度上升(圖2)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于未再結(jié)晶狀態(tài)下，貝氏體相變前奧氏體內(nèi)部缺陷密度比再結(jié)晶狀態(tài)下增多，這對碳的擴散有促進作用，從而促進了貝氏體轉(zhuǎn)變，所以此時擴散因素占主導地位。2.2熱變形溫度對貝氏體組織形態(tài)的影

10、響試驗用鋼在本試驗條件下得到的組織為粒狀貝氏體。金相分析表明(圖4)，奧氏體熱變形溫度增高時，將出現(xiàn)不均勻的大塊的島狀組織，隨著熱變形溫度的降低，這種大塊的島狀組織尺寸變小，數(shù)量增多，趨于均勻分布。然而，熱變形試樣的島狀組織并非單調(diào)地隨變形溫度發(fā)生變化，當變形溫度從再結(jié)晶溫度過渡到未再結(jié)晶溫度時，又出現(xiàn)大塊狀不均勻的島狀組織，若進一步降低變形溫度，則這種島狀組織尺寸變小，且趨于均勻分布。上述現(xiàn)象的產(chǎn)生與相變前奧氏體組織狀態(tài)有關(guān)。因為隨著奧氏體晶粒減小，晶界增多，晶界區(qū)的內(nèi)吸附作用，此處偏聚較多的碳，形成數(shù)目更多的小島，因而小島的尺寸也減?。涣硗?，隨著熱變形溫度升高，貝氏體相變開始溫度升高，使得

11、轉(zhuǎn)變時碳原子擴散更為充分，從而使小島內(nèi)的平均碳量升高，島狀組織變大，數(shù)量減少。對熱變形試樣進行透射電鏡觀察(圖5)，由于熱變形后連續(xù)冷卻，所以在透射電鏡下觀察到并非單一的一種形態(tài)的貝氏體。經(jīng)觀察不同熱變形條件下的貝氏體形態(tài)，發(fā)現(xiàn)每種變形條件下，絕大部分區(qū)域以板條狀貝氏體為主，加少量的塊狀貝氏體，在局部地區(qū)有極少量的下貝氏體組織。對條塊狀貝氏體鐵素體相上分布的孤立狀條形和塊形小島進行衍射，斑點標定的結(jié)果表明，島狀組織的晶體結(jié)構(gòu)為體心正方點陣(馬氏體)和面心立方點陣(奧氏體)的混合組織，即所謂的MA組織。3結(jié)論圖 4試驗用鋼金相組織照片F(xiàn)ig.4Optical microstructure of

12、test steel(a)1200 °C，0.1 s-1；(b) 1000 °C，0.1 s1;(c) 800 °C，0.1 s1；(d)550 °C，0.1 s1；(e)1000 °C，0.01 s1；(f)800 °C，1 s1(1) 熱變形溫度對貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度的影響不是單調(diào)的，不同溫度區(qū)間變化規(guī)律不同，這一影響取決于熱變形后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶的程度。(2) 本試驗條件下得到的組織為粒狀貝氏體，隨著熱變形溫度的降低，大塊狀島狀MA組織尺寸變小，數(shù)量增多，趨于均勻分布。圖 5試驗用鋼的透射電鏡照片F(xiàn)ig.5TEM photo of

13、 test steel(a)1100 °C，0.1 s1；(b)900 °C，0.1 s1；(c)800 °C，0.1 s1；(d)1100 °C，0.1 s1；(e)800 °C，0.1 s1；(f) 900 °C，0.1 s1參考文獻1Hehemann R F,Kinsman K R,Aaronson H I.A Debate on the Bainite Reaction.Met.Trans.,1972(3):1077.2Purdy G R,Hillert M.On the Nature of the Bainite Trans

14、formation in Steels.Acta Metall.,1984(6):823.3Dionne S,Krishnadev M R,Collins L E.Influence of Processing and Cooling Rate on the Transformation Kinetics and Microstructure of Boron HSLA Steel.Proceedings of the International Symposium on Accelerated Cooling of Rolled Steel.Ruddle G E,Crawley A F,Winnipeg.Canada:Pergamon Press.1987,242