合金鋼相變研究論文600 MPa級(jí)低碳微合金高強(qiáng)鋼的相變規(guī)律研究

1、合金鋼相變研究論文：600 MPa級(jí)低碳微合金高強(qiáng)鋼的相變規(guī)律研究摘要：利用Gleeble-1500熱/力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，研究了新開發(fā)的屈服強(qiáng)度600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的相變規(guī)律，分析了不同冷卻速率對(duì)鋼組織的影響。結(jié)果表明：相變開始溫度為488610，終止溫度為330472；隨冷速的提高，相變組織中多邊形鐵素體和準(zhǔn)多邊形鐵素體的量逐漸減少，而粒狀貝氏體的量逐漸增多，直到以粒狀貝氏體為主的組織；當(dāng)冷速達(dá)到10/s后，粒狀貝氏體向板條貝氏體過渡，直到全部生成板條貝氏體，且在1020/s，組織基本全為板條貝氏體。冷速高于20/s后則產(chǎn)生較多的馬氏體。關(guān)鍵詞：相變；低碳；粒狀貝氏體；板條貝氏體隨著煤機(jī)行業(yè)煤

2、礦用液壓支架材料的升級(jí)換代，引發(fā)并同時(shí)推廣了550MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板的使用，特別是600MPa級(jí)鋼板的使用量尤大1。我國工程機(jī)械主要產(chǎn)品所占海外市場的份額普遍還很低，發(fā)展空間非常巨大，同時(shí)一系列加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的舉措更有助于刺激工程機(jī)械產(chǎn)品的需求2。本文研究的新開發(fā)的屈服強(qiáng)度600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼是以貝氏體加少量鐵素體為基體組織，利用Gleeble-1500熱/力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)和光學(xué)顯微鏡等手段，研究了新開發(fā)的鋼種連續(xù)冷卻相變和組織演變規(guī)律，分析了冷卻速率對(duì)鋼組織性能的影響，為其生產(chǎn)工藝的制定提供理論依據(jù)。1實(shí)驗(yàn)材料及方法實(shí)驗(yàn)制備的高強(qiáng)度機(jī)械工程鋼是按屈服強(qiáng)度600 MPa級(jí)以上強(qiáng)度級(jí)別設(shè)計(jì)的，采

3、用200 kg真空爐冶煉，其化學(xué)成分見表1。根據(jù)Gleeble-1500熱/力模擬機(jī)設(shè)備的要求，首先在線切割機(jī)上切割成準(zhǔn)4mm×10mm圓柱試樣，為保證試樣的精度，同時(shí)也為了減小試樣兩端的摩擦系數(shù)，進(jìn)一步將試樣兩端用磨床加工。考慮到現(xiàn)場軋機(jī)生產(chǎn)情況及熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的實(shí)際能力，制定如下方案：將試樣以10/s的速度加熱至1200，保溫12min，使合金成分均勻化，然后以5/s的冷速冷卻至825，停留5s，再分別以1、3、5、8、10、15、20、30和50/s的冷速冷卻至室溫，在DIL805A型膨脹儀上測定不同冷速的相變點(diǎn)，記錄熱膨脹曲線。然后試樣用線切割沿中間貼熱電偶處分割成兩段，經(jīng)磨制

4、、機(jī)械拋光后用濃度為4%(體積分?jǐn)?shù))的硝酸酒精溶液浸蝕，采用NEOPHOT21光學(xué)金相顯微鏡觀察組織形貌。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1靜態(tài)CCT曲線圖1是600MPa低碳微合金高強(qiáng)鋼的奧氏體靜態(tài)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。可看出，在冷速為150/s時(shí)，均可得到貝氏體組織，且相變變化溫度范圍較小。當(dāng)冷速為1/s時(shí)，貝氏體開始相變溫度為610；隨冷速的增大，貝氏體開始相變溫度逐漸降低，冷速從1/s增加到20/s時(shí)，貝氏體開始相變溫度從610降低到488，下降了122。在所研究的冷速范圍內(nèi)，貝氏體開始相變溫度為488610；貝氏體終止相變溫度為330472；貝氏體開始相變溫度與終止相變溫度之間的溫度區(qū)間為13815

5、5。由此可見，此鋼終軋后在較大的冷速范圍內(nèi)均可得到貝氏體組織，有利于冷卻過程的控制，同時(shí)可使這類鋼在不同板厚的鋼板或者同一塊鋼板的不同部位均得到比較相似的各類貝氏體復(fù)合組織，對(duì)獲得均勻的組織有利3-5。冷速超過20/s后，開始有馬氏體出現(xiàn)。當(dāng)冷速超過50/s時(shí)，組織均為馬氏體，Ms點(diǎn)約為416。2.2不同冷卻速度對(duì)組織的影響圖2為實(shí)驗(yàn)鋼不同冷速時(shí)的組織?？梢钥闯觯渌贋?/s，冷卻到室溫后的顯微組織主要為粒狀貝氏體和針狀鐵素體，但以特征鮮明且尺度粗大的粒狀貝氏體為主，M/A島較多且尺度粗大，具有明顯的擴(kuò)散長大特征。當(dāng)冷速為38/s時(shí)，室溫組織仍為粒狀貝氏體和針狀鐵素體板條貝氏體，但組織中的M/

6、A島尺寸明顯減小，彌散度顯著增加。這是因?yàn)槔渌僭酱?，貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度越低，相變的驅(qū)動(dòng)力越大，奧氏體中碳原子的擴(kuò)散能力差，因而奧氏體只在短距離內(nèi)富碳，造成M/A小島尺寸減??；同時(shí)粒狀貝氏體隨冷速的升高逐漸減少。當(dāng)冷速達(dá)到10/s后，粒狀貝氏體基本消失，組織轉(zhuǎn)變?yōu)橐园鍡l貝氏體為主。由圖2還可看出，貝氏體由奧氏體晶界向晶內(nèi)生長，可以清楚看出原奧氏體晶界，貝氏體板條的寬度尺寸一般在2.5m左右，長2030m。若將方向一致、互相平行的一個(gè)貝氏體區(qū)域，稱為一個(gè)板條束的話，可看到，原奧氏體晶粒內(nèi)部形成了方向各異的貝氏體板條束，這些板條束將原奧氏體晶粒分成不同的區(qū)域，貝氏體板條束的尺寸相差很大，較小的板條束

7、尺寸約10m×10m，而較大的板條束尺寸約30m×30m，平行的板條之間為殘余奧氏體或碳化物。冷速為1020/s時(shí)，組織的變化并不明顯，仍以板條貝氏體為主。當(dāng)冷速大于20/s時(shí)，組織的切變長大特征愈發(fā)明顯，組織中開始出現(xiàn)板條馬氏體組織，金相組織中由接近平行的板條束組合成的棱角鮮明的塊狀組織含量增多，硝酸酒精侵蝕顏色為灰白色，說明該組織不易被侵蝕，具有明顯的板條馬氏體特征。大量研究表明6，低碳貝氏體與馬氏體的微觀特征區(qū)別并不明顯，主要是因?yàn)?，碳含量低使馬氏體晶格畸變較小，同樣貝氏體中滲碳體析出量亦非常少，低碳鋼的板條貝氏體已不存在中碳典型的碳氮化物析出取向特征，因此，低碳鋼板

8、條貝氏體與馬氏體已沒有明顯的外觀特征區(qū)別，因此，目前采用較多的辦法是統(tǒng)稱為低碳板條組織，而不進(jìn)行刻意的名詞區(qū)別。關(guān)于低碳板條組織的相變機(jī)制目前存在擴(kuò)散與切變生長的學(xué)說爭論，至今未能統(tǒng)一，但較多的學(xué)者認(rèn)為，該種組織的相變過程中兼有擴(kuò)散與切變兩種機(jī)制，只是隨冷速的不同，兩種機(jī)制所發(fā)揮作用大小不同而已。3結(jié)論(1)600 MPa級(jí)低碳微合金高強(qiáng)鋼的靜態(tài)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變溫度隨冷速的提高而降低，開始相變溫度為488610，終止相變溫度為330472。(2)冷速較低時(shí)，生成多邊形鐵素體和準(zhǔn)多邊形鐵素體，隨冷速的提高，相變組織中多邊形鐵素體和準(zhǔn)多邊形鐵素體的量逐漸減少，而粒狀貝氏體的量逐漸增多，直到以粒狀貝氏體

9、為主要組織；當(dāng)冷速達(dá)到10/s后，粒狀貝氏體向板條貝氏體過渡，直到全部生成板條貝氏體，且在1020/s時(shí)，組織基本全為板條貝氏體。冷速高于20/s后則產(chǎn)生較多的馬氏體。參考文獻(xiàn)：1廖向宇，彭國成，易全旺淺析超高強(qiáng)度鋼的焊接工藝J焊接，2006，(7)：56-582遲秀斌低合金高強(qiáng)度鋼開發(fā)與研究的新進(jìn)展J鞍鋼技術(shù)，2000，(7)：30-363胡良均，尚成嘉，王學(xué)敏，等弛豫-析出-控制相變技術(shù)中冷卻速度對(duì)組織的影響J北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(3)：260-2634康永林，陳慶軍，王克魯，等500 MPa級(jí)低碳貝氏體鋼的熱處理工藝研究J材料熱處理學(xué)報(bào)，2005，26(3)：96-995Khare A KThermo-mechanical processing and properties offorged high strengt