低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線

1、低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線白雅瓊 李智麗(包鋼鋼聯(lián)股份有限公司技術(shù)中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010)摘 要 采用Formastor-F型全自動(dòng)相變儀測(cè)定了低碳貝氏體鋼在不同冷速下的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，利用金相顯微鏡觀察了不同冷速下的顯微組織，并分析了合金元素對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響,通過對(duì)CCT曲線的分析為低碳貝氏體鋼生產(chǎn)工藝的制定提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞 過冷奧氏體；CCT曲線 ；顯微組織引言鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線，不僅是制定鋼材合理熱處理工藝的理論依據(jù)，而且在新鋼種的研制、特別是在新工藝研究中發(fā)揮著重要的作用。在控制軋制和控制冷卻工藝的研究中，鋼的CCT曲線和TTT曲線也發(fā)揮著重要

2、的指導(dǎo)作用。國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線都給予了足夠的重視。本文采用了膨脹法輔以金相法，硬度法對(duì)低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）進(jìn)行了測(cè)定，分析討論了不同冷速下的轉(zhuǎn)變組織及合金元素的作用。1 實(shí)驗(yàn)材料及方法 實(shí)驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分見表1。利用Formastor-F全自動(dòng)相變儀對(duì)該鋼種進(jìn)行CCT曲線的測(cè)定。試樣尺寸為3x10mm,試樣一端開2x2mm的小孔，見圖1。表1 低碳合金鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）元素CSi+ MnNi+ Mo+ CrP, S含量0.202.501.600.01圖1 熱膨脹試樣形狀尺寸 (mm)將試樣以200/h的速度加熱到900，測(cè)得奧氏體化溫度為

3、814，然后分別將試樣以10/S的速度加熱到奧氏體化溫度，保溫10min,以80s、200s、400s、1600s、2300s、3000s、4800s、20000s的時(shí)間冷卻到室溫，分別對(duì)應(yīng)冷卻速度為10/S、4/S、2/S、0.5/S、0.35/S、0.26/S、0.17/S、0.04/S,獲得不同冷速下的熱膨脹曲線。試驗(yàn)后的試樣經(jīng)研磨、拋光后用4硝酸酒精浸蝕，采用Axio observer D1M型蔡司光學(xué)顯微鏡觀察分析不同冷卻速度條件下的組織形貌。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 熱膨脹儀試驗(yàn)測(cè)得該貝氏體鋼的Ac3 和Ac1 點(diǎn)分別是764 和633 ，MS點(diǎn)為324。根據(jù)試驗(yàn)獲得的膨脹曲線上的切點(diǎn)或

4、極點(diǎn)確定出不同冷卻速度下的相變開始溫度和結(jié)束溫度,同時(shí)結(jié)合金相法最終繪制出低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線），見圖2。測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。圖2 低碳貝氏體鋼CCT曲線將不同冷速下的試樣用4硝酸酒精浸蝕，采用Axio observer D1M型蔡司顯微鏡觀察組織，采集500倍下的金相組織照片，見圖3。試樣在連續(xù)冷卻條件下，貝氏體的開始開始轉(zhuǎn)變溫度隨著冷卻速度的增大逐漸降低。以極慢的速度0.04/s冷卻，得到貝氏體與微量馬氏體組織，以0.17/s的速度冷卻，得到的的馬氏體量明顯增多，當(dāng)冷速不斷加快，達(dá)到0.5/s時(shí)，幾乎沒有了貝氏體轉(zhuǎn)變,全部轉(zhuǎn)變成了馬氏體組織。表2 低碳貝氏體鋼C

5、CT曲線測(cè)試結(jié)果冷卻速度/ ( ·s - 1)轉(zhuǎn)變開始溫度/ 轉(zhuǎn)變終了溫度/ 硬度/ HV組織10420.50.350.260.170.04324330323320344372384408204212293218224204259187665657660634567520513470MMMMM+B（少量）M+B（少量）B+M（少量）B+M（微量）注：M：馬氏體；B：貝氏體10/S 4/S 2/S 0.5/S 0.35/S 0.26/S 0.17/S 0.04/S圖3 低碳合金鋼鋼在不同冷速下顯微組織貝氏體鋼中主要添加元素有碳、錳、鉻、鉬等,每個(gè)元素的作用各不相同。碳是固溶強(qiáng)化元素,起

6、到強(qiáng)間隙固溶強(qiáng)化,提高強(qiáng)度的作用,但高的含碳量既傷害焊接性能又降低沖擊韌性; 碳對(duì)Bs點(diǎn)的影響隨其含量的增加使Bs點(diǎn)不斷下降。錳是強(qiáng)壓低Bs點(diǎn)、弱壓低Ms點(diǎn)元素,能控制貝氏體相轉(zhuǎn)變曲線,并提高貝氏體淬透性及貝氏體鋼的強(qiáng)度。鉻元素強(qiáng)壓低Bs點(diǎn),弱壓低Ms點(diǎn), 是壓低Bs/Ms比值最強(qiáng)的合金元素。鉻對(duì)貝氏體相轉(zhuǎn)變C曲線影響較大,能提高貝氏體淬透性和強(qiáng)度。鉬也是強(qiáng)壓低Bs點(diǎn)、弱壓低Ms點(diǎn)元素,能使鐵素體-珠光體轉(zhuǎn)變大大推遲, 并使其與貝氏體“C”曲線分離, 但對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的推遲作用卻不明顯。Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.2 %時(shí)便使下臨界冷速(與鐵素體析出相切的冷速) 降低;質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2 %0.4%時(shí)作

7、用已十分顯著,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6%時(shí),這種影響減小,因此,一般中低碳貝氏體鋼中Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4 %0.6 %。硅可起到固溶強(qiáng)化作用,壓低Bs 點(diǎn)并使貝氏體相轉(zhuǎn)變C曲線右移;能抑制過冷奧氏體分解,從而促進(jìn)貝氏體-鐵素體間富碳奧氏體膜和(M-A)島狀組織的形成。鎳是強(qiáng)壓低Bs點(diǎn)元素,能提高鋼的強(qiáng)度及韌性,是獲得高沖擊韌性必不可少的合金元素,并降低沖擊轉(zhuǎn)變溫度。1將所測(cè)得的CCT曲線與普通的低碳鋼20#鋼的CCT曲線2比較，可以看出，由于Mn、Ni、Cr、Mo等合金元素的共同作用，使CCT曲線明顯右移，大大推遲了貝氏體轉(zhuǎn)變，甚至已經(jīng)無法觀察到鐵素體-珠光體轉(zhuǎn)變，由于曲線的右移，使淬火臨界冷卻速度大大降低，提高了鋼的淬透性，并能夠在空冷條件下得到以貝氏體為主的組織。這符合合金元素對(duì)C曲線的影響作用原理。3.結(jié)論（1）用Formastor-F型全自動(dòng)相變儀測(cè)定了低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。（2）該低碳貝氏體鋼的Ac3 和Ac1 點(diǎn)分別是764和633，MS為324。（3）由于的Mn、Ni、Cr、Mo合金元素的共同作用，使得過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線明顯右移，提高了鋼的淬