低碳Si-Mn系TRIP鋼的熱處理工藝對(duì)組織的影響 - 圖文-

1、表145鋼RE-N-C-B共滲后滲層的殘余應(yīng)力Table1The residual stress of la y er on45steel w it h RE-N-C-B d iff usion p rocess距表面距離/!m殘余應(yīng)力/M Pa0-34350-317基體02.4討論金屬的疲勞過程是晶體往復(fù)滑移的過程,試驗(yàn)表明,45鋼經(jīng)稀土氮碳硼共滲處理后,表面硬度提高且形成殘余壓應(yīng)力。表面強(qiáng)度的提高阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),使金屬表面難以形成駐留滑移帶、擠出脊、侵入溝,推遲了疲勞裂紋的形成6。裂紋優(yōu)先沿晶界與相界擴(kuò)展,滲入鋼中的部分稀土原子引起氮、碳原子在其周圍偏聚、析出,減少晶界與相界處的氮、碳化

2、合物,凈化了晶界與相界,提高晶界與相界的強(qiáng)度5,減少了裂紋源。文獻(xiàn)5研究表明:滲入鋼表面的稀土原子具有碎化碳化物的作用,使?jié)B層組織細(xì)化。滲層中析出的細(xì)小顆粒狀碳化物對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起著阻礙作用,降低裂紋擴(kuò)展速率,提高鋼的疲勞強(qiáng)度。另外,45鋼經(jīng)稀土氮碳硼共滲處理后表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,旋轉(zhuǎn)彎曲時(shí)使試樣表面層總應(yīng)力降低,因而提高45鋼的疲勞極限。3結(jié)論(1稀土氮碳硼共滲處理后,45鋼疲勞強(qiáng)度顯著提高,稀土氮碳硼共滲試樣的疲勞極限是正火態(tài)試樣的1.5倍。(2表面硬度的提高、滲層組織的細(xì)化以及表面形成殘余壓應(yīng)力是稀土氮碳硼共滲處理能夠改善鋼疲勞性能的主要機(jī)制。參考文獻(xiàn):1呂振家.稀土在鋼中的應(yīng)用M.北京:

3、冶金工業(yè)出版社,1986.2劉志儒,程先華.稀土元素對(duì)碳氮共滲過程中滲層濃度的影響J.金屬科學(xué)與工藝,1986,(3:13.3Pom p etzki M A,T o pp er T,D u g uesna y D L.T he eff ect o f p res-s ive under loads and tens ile overloads on f ati g ue da m a g e accu m ula-tion i n SAe1045stee lJ.I nt J F ati g ue,1990,(12:207.4魏建鋒,鄭修麟.熱處理和預(yù)應(yīng)變對(duì)45鋼疲勞性能影響的定量研究J.金屬熱

4、處理學(xué)報(bào),1998,19(3:22.5王赫瑩.稀土N-0-B共滲工藝的研究D.沈陽(yáng):沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),1991.6張宏,唐亞新,余承業(yè).激光沖擊處理對(duì)2024鋁合金疲勞性能的影響J.金屬熱處理學(xué)報(bào),1999,20(2:57.低碳s i-M n系TRI P鋼的熱處理工藝對(duì)組織的影響鄒宏輝1,符仁鈺2,李麟2,朱曉東3(1.上海交通大學(xué)材料學(xué)院,上海200030;2.上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200072;3.寶鋼研究院,上海201900摘要:低碳S i-M n系TR I P鋼有著復(fù)雜的顯微組織,主要由多邊形鐵素體(F+無(wú)碳貝氏體(B+殘留奧氏體(AR組成。本試驗(yàn)采用了彩色金相法,并結(jié)合x-ra

5、 y衍射、SeM和TeM等手段研究了低碳S i-M n系TR I P 鋼顯微組織與工藝的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)隨著兩相區(qū)退火溫度的升高,最終顯微組織中鐵素體基體體積分?jǐn)?shù)變小,并且貝氏體量增多,殘留奧氏體的穩(wěn)定性呈起伏式變化;在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的等溫溫度過高或過低,均使最終顯微組織中殘留奧氏體體積分?jǐn)?shù)減少;在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫時(shí),所形成貝氏體表現(xiàn)出粒狀的特征。關(guān)鍵詞:相變誘發(fā)塑性TR I P鋼;粒狀貝氏體;殘留奧氏體;彩色金相中圖分類號(hào):TG156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0254-6051(200301-0059-04E ffect of h eat T reat m ent T echno lo gy on M

6、 icrostruct ure ofLow C arbon s i-M n TR IP s teelZ0Uon g-hui1,FU R en-y u2,L I L i n2,ZU x iao-don g3(1.S choo l o f M aterials S cience and e n g i neeri n g,S han g hai Jiaoton g U ni versit y,S han g hai200030,Chi na;2.S choo l o f M aterials S cience and e n g i neeri n g,S han g hai U ni versi

7、t y,S han g hai200072,Chi na;3.B aoshan Iron&S teel C or p oration R&D C enter,S han g hai201900,Chi naAbstract:S i-M n TR I P steel has a m ulti-p hase m icrostruct ure,which is m ai nl y com p osed o f f errite,bai nite and re-tai ned austenite.T he relationshi p bet w een heat treat m ent

8、 p rocess and m icrostruct ure o f t he steel w as i nvesti g ated b y m eans o f ti nt etchi n g m et hod,to g et her w it h x-ra y diffraction,SeMand TeM m et hod i n t his p a p er.T he re-95金屬熱處理2003年第28卷第1期sults shoW t hat i n t he i ntercritical p hase re g ions ,W it h t he anneali n g te m p

9、 erat ure risi n g ,t he vo l u m e p ercenta g e o ft he f errite m atri x reduces ,t he bai nite i ncreases and t he stabilit y o f retai ned austenite fluct uates.I n t he bai nite transf or m ation ran g e ,if isot her m al te m p erat ure is eit her over-hi g h or over-loW ,t he vo lu m e p erc

10、enta g e o f t he re-tai ned austenite W ill be reduced and t he bai nite is p rovi ded W it h g ranular m or p ho lo gy .K e y words :transf or m ation i nduced p lasticit y (TR I P steel ;g ranular bai nite ;retai ned austenite ;co lor m etallo g ra p h 作者簡(jiǎn)介:鄒宏輝(1968,男,湖北人,工學(xué)碩士,在讀博士生。聯(lián)系電話:021-*,E

11、-m ail :hh-zou !etan g .com基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(50171038;上海市汽車科技發(fā)展基金(3306A 。收稿日期:2002-04-151引言相變誘發(fā)塑性(TR I P 鋼兼具良好強(qiáng)度與優(yōu)良成形性而成為一種新型的汽車用鋼。該鋼具有低的屈服強(qiáng)度、良好的伸長(zhǎng)率(!k !30%、高強(qiáng)度的特性("b 可達(dá)800M Pa 以上。其良好的力學(xué)性能源于其復(fù)雜的顯微組織。低碳S i-M n 系TR I P 鋼的顯微組織主要由鐵素體(F +貝氏體(B +殘留奧氏體(A R 構(gòu)成。TR I P 鋼組織中保留著大量的殘留奧氏體,在變形過程中,殘留奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變,可推遲裂

12、紋的萌生,改善成形性能。鋼中較高的S i 含量,能抑制過冷奧氏體中碳化物的形成與析出,增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性,保證了最終顯微組織中殘留奧氏體量及其穩(wěn)定性1。本試驗(yàn)采用了彩色金相法,并結(jié)合X -ra y 衍射法、SEM 和TEM 等多種手段研究了低碳S i-M n 系TR I P 鋼的顯微組織與其熱處理工藝參數(shù)的關(guān)系,并對(duì)鋼中貝氏體特征進(jìn)行了探討。2試驗(yàn)方法兩種鋼錠的化學(xué)成分如表1所示,其中A c 1與A c 3溫度由A ndre W s 經(jīng)驗(yàn)公式2得出。經(jīng)真空冶煉好的鋼錠,先熱軋,然后冷軋至1.0mm 的鋼板,線切割成32mm >6.5mm 的尺寸。樣品制成后,先于兩相("+

13、#區(qū)退火5m i n ,然后迅速冷至貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫5m i n ,退火與等溫均在鹽浴爐中進(jìn)行。熱處理后,將試樣分別制成金相、X -ra y 衍射、SEM 和TEM 試樣。彩色金相腐蝕液按苦味酸溶液(1g 干燥苦味酸溶于40mL 乙醇與偏重亞硫酸鈉溶液(1g 偏重亞硫酸鈉溶入80mL 蒸餾水以配比1i 1(體積比來(lái)配制,腐蝕時(shí)間為20s 。腐蝕后,多邊形鐵素體均呈藍(lán)綠色,貝氏體團(tuán)呈深棕色,殘留奧氏體晶粒未被氧化,在光學(xué)顯微鏡下呈白色。用于SEM 觀察的試樣經(jīng)拋光后浸入2%硝酸酒精中,腐蝕時(shí)間為10$15s 。將X -ra y 衍射試樣用砂紙將試樣表面的氧化膜去掉,采用C r K "射

14、線,利用(220#峰與(211"分別計(jì)算衍射峰積分強(qiáng)度,按直接對(duì)比法計(jì)算出殘留奧氏體的體積分?jǐn)?shù);殘奧中含碳量按公式a 0=3.573+0.033(W t %3來(lái)確定。同時(shí)采用金相照片計(jì)點(diǎn)的方法來(lái)確定顯微組織各相的相對(duì)組成,每次選定20個(gè)視場(chǎng)。表1試驗(yàn)用鋼板的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%Table 1The che m ical com p osition ofsheets for testi n g (w t %試樣C S i M n P S A c 1/C A c 3/C A B7417508468573試驗(yàn)結(jié)果與分析將原始組織為鐵素體+珠光體的A 和B 試樣鋼板加熱至("+#

15、兩相區(qū)時(shí),形成鐵素體和奧氏體;隨后在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫,過冷奧氏體一部分形成貝氏體,同時(shí)未轉(zhuǎn)變的亞穩(wěn)奧氏體得到穩(wěn)定而保留在室溫組織中,表2為A 鋼板經(jīng)TR I P 處理后顯微組織中各相的相對(duì)組成隨兩相區(qū)退火溫度的變化(均在400C 等溫5m i n 。發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱處理后,鐵素體的體積分?jǐn)?shù)隨退火溫度升高而下降,貝氏體量則隨退火溫度的升高而上升,殘留奧氏體量波動(dòng)相對(duì)較小。X -ra y 衍射分析、計(jì)算結(jié)果表明,A 鋼板中殘留奧氏體的碳含量經(jīng)780C 退火后最低,較760C 和800C 退火后穩(wěn)定性低。其原因是,在760C 退火時(shí),鋼板在兩相區(qū)中所形成的鐵素體比例較大,奧氏體中所聚集的碳含量高,過冷奧氏體

16、的貝氏體轉(zhuǎn)變“C ”曲線右移4,在規(guī)定等溫時(shí)間內(nèi)所形成的貝氏體量少;另外,在800C 退火時(shí),形成的奧氏體多而穩(wěn)定性較差,但在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫時(shí),所形成的貝氏體量較多,從而使未轉(zhuǎn)變的過冷奧氏體富碳并趨于穩(wěn)定。圖1為B 鋼板經(jīng)TR I P 處理后組織中各相相對(duì)含量隨兩相區(qū)退火溫度升高而變化的趨勢(shì)(均在400C 等溫5m i n ,各相體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)基本上與A 鋼板的相同。圖2為A 鋼板分別于760C (圖2a 、780C (圖2b 、800C (圖2c 兩相區(qū)退火5m i n ,并經(jīng)400C 等溫5m i n 后顯微組織的彩色金相照片(因制版原因,以黑白單色加注刊6金屬熱處理2003年第28

17、卷第1期表2A鋼板顯微組織中各相的相對(duì)組成與兩相區(qū)退火溫度的關(guān)系Table2The relationshi p bet w een relative I uantit yof t he p hases and anneali n g te m p erature i n sheet A退火溫度/C760780800圖1B鋼板中各相相對(duì)組成與兩相區(qū)退火溫度的關(guān)系F i g.1T he re lationsh i p bet w een re lative C uantit y o ft he p hases and anneali n g te m p erature i n sheet B出。

18、隨著兩相區(qū)退火溫度的升高,鐵素體基體的晶粒變小,并由連續(xù)變?yōu)椴贿B續(xù),而深棕色的貝氏體團(tuán)的面積增大。圖3a為在780C退火5m i n+400C等溫5m i n條件下A鋼板顯微組織照片;在掃描電鏡(SEM下,可觀察出彩色金相中的棕色貝氏體小團(tuán)大多為鐵素體+奧氏體小島,具有粒狀貝氏體特征;圖3b為在800C退火5m i n+400C等溫5m i n條件下A鋼板顯微組織的SEM圖。在圖3b中,可以觀察到兩種典型的粒狀貝氏體鐵素體形態(tài),即大量的塊狀鐵素體與少量條狀的鐵素體5,條狀鐵素體間為殘留奧氏體,前者在奧氏體晶內(nèi)和晶界同時(shí)形核,后者多在原奧氏體晶界形核。圖4為A鋼板經(jīng)780C退火5m i n+40

19、0C等溫5m i n處理后顯微組織的TEM分析。圖4a為明場(chǎng);圖4b為殘留奧氏體暗場(chǎng)像,其中白亮處為殘留奧氏體;圖4c為衍射花樣,入射電子束圖2A鋼板退火后顯微組織彩色金相圖>1250 F i g.2T he co lor m etallo g ra p h o f sheet A after anneali n g>1250圖3A鋼板組織SEM圖F i g.3T he SEMo f sheet AK!112!011",其中(220!(200"、(111! (011"。TEM分析表明,殘留奧氏體的形態(tài)與分布有兩種:#以團(tuán)狀的形式存在;$以薄膜的形式存在

20、于平行的鐵素體條之間。由于鋼中S i含量較高,鐵素體條中和殘留奧氏體中均無(wú)碳化物析出,等溫冷卻后,島狀殘留奧氏體保留至室溫,亦稱為無(wú)碳貝氏體6。表3為B鋼板經(jīng)780C退火5m i n,組織中殘留奧氏體量隨等溫溫度的變化趨勢(shì),殘留奧氏體體積分?jǐn)?shù)在400C等溫時(shí)有最大值,這是由于400C靠近貝氏體轉(zhuǎn)變曲線的鼻尖溫度,貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期短,因而形成速度較快,可有效地穩(wěn)定過冷奧氏體。等溫溫度較高時(shí),形成貝氏體量減少,同時(shí)由于冷速較慢,退火冷卻過程中易析出鐵素體,最終顯微組織中殘留奧氏體量少而穩(wěn)定。等溫溫度較低時(shí),貝氏體鐵素體中碳原子過飽和程度增加7,并且過冷奧氏體有可能轉(zhuǎn)變?yōu)楹羞^飽和碳原子的馬氏體,

21、殘留奧氏體量少而穩(wěn)定性差2。16金屬熱處理2003年第28卷第1期2!"C r-1M o-!"V 鋼板熱處理工藝試驗(yàn)黨兆凱,楊成恩,薛巍,張建曉,王浩影(蘭州蘭石機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司煉化設(shè)備公司,甘肅蘭州730050摘要:介紹了對(duì)2!"C r-1m o -!"V 鋼板進(jìn)行的熱處理工藝試驗(yàn)以及對(duì)試驗(yàn)鋼板的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果,在此基礎(chǔ)上得出了該鋼種合理的熱處理工藝規(guī)范。關(guān)鍵詞:正火(水冷+回火;模擬焊后熱處理;力學(xué)性能中圖分類號(hào):Tg 162.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):0254-6051(2002 01-0062-03圖4A 鋼板的TEm 分析F i g .4

22、T he TEmanal y s is o f t he m icrostructure i n sheet A表3B 鋼板中殘留奧氏體量與等溫溫度的關(guān)系T eble 3The relationshi p bet w een vo lu m e p ercenta g e ofretai ned austenite and iso t her m al te m p erature i n sheet B等溫溫度/C 370400430460A R 體積分?jǐn)?shù)(%4.912.778.14結(jié)論(1對(duì)于低碳s i-m n 系TR I P 鋼,當(dāng)?shù)葴販囟?、等溫時(shí)間一定時(shí),隨著兩相區(qū)退火溫度的升高,最終

23、顯微組織中貝氏體體積分?jǐn)?shù)增大,鐵素體量減少,殘留奧氏體的體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)較小,并且,殘留奧氏體中碳含量隨兩相區(qū)退火溫度波動(dòng)。(2在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫溫度較高時(shí),形成貝氏體的孕育期變長(zhǎng),且由于退火后冷速較慢,易析出鐵素體,最終顯微組織中殘留奧氏體量較少而穩(wěn)定。等溫溫度較低時(shí),貝氏體形成的孕育期同樣較長(zhǎng),并且所形成的貝氏體鐵素體中碳原子過飽和程度增加,甚至?xí)纬神R氏體;此時(shí),殘留奧氏體量少而穩(wěn)定性差。在400C 等溫時(shí),有最快的貝氏體形成速度,可有效地穩(wěn)定過冷奧氏體。(3低碳s i-m n 系TR I P 鋼中所形成的貝氏體在等溫時(shí)表現(xiàn)出粒狀特征,冷至室溫后以無(wú)碳貝氏體的形式存在;同時(shí),最終顯微組織中殘

24、留奧氏體體積分?jǐn)?shù)及其穩(wěn)定性與貝氏體量有著密切關(guān)系。5研究的實(shí)際應(yīng)用相變誘發(fā)塑性(TR I P 鋼廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)的零件生產(chǎn)中,工業(yè)大批量生產(chǎn)TR I P 鋼板一般采用控軋控冷、連續(xù)退火工藝。通過對(duì)冷軋TR I P 鋼板的熱處理工藝參數(shù)與其顯微組織關(guān)系的研究,可以摸清兩相區(qū)退火溫度、貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫溫度對(duì)顯微組織的影響機(jī)理,從而為制定和優(yōu)化TR I P 鋼的熱軋生產(chǎn)工藝參數(shù)提供依據(jù);同時(shí),本試驗(yàn)中所摸索出的彩色金相法為研究低碳s i-m n 系TR I P 鋼的顯微組織提供了有效的研究手段。參考文獻(xiàn):1Y asuharu s aku m a ,D avi d K m atlock ,G eo

25、r g e K rauss.I ntercriticall yA nnealed and Isot her m all y T ransf or m ed 0.15P ct C s tee ls C ontai n-i n g 1.2P ct s i-1.5P ct m n and 4P ct n i :Part I .T ransf or m ation ,m icrostructure and Room -T e m p erature m echan ical P ro p erties J .m etallur g ical T ransaction A ,1992,23A :1221

26、-1232.2Y asuharu s aku m a ,D avi d K.m atlock ,and G eor g e K rauss.I ntercrit-icall y A nnealed and Isot her m all y T ransf or m ed 0.15P ct C s tee lsC ontai n i n g 1.2P ct s i-1.5P ct m n and 4P ct n i :Part #.E ff ect o f T esti n g T e m p erature on s tress-s trai n b ehavior andD ef or m

27、ation-i n-duced A usten ite T ransf or m ation J .m etallur g ical T ransaction A ,1992,23A :1233-1239.3R i d le y n ,s tuart ,Zw e ll L.L attice p ara m eter o f F e-C austen ite atroomte m p erature J .T rans.Tm s -A I m E ,1969,245:1834-1836.4林慧國(guó),傅代直.鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變曲線m .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988:69.5徐祖耀,劉世楷.貝氏體相變與貝氏體m .北京:科學(xué)出版社,1995:49-50.6徐祖耀,劉世楷.貝氏體相變與貝氏體m .北京:科學(xué)出版社,1995:212.7方鴻生,王家軍,等.貝氏體相變m .北京:科學(xué)出版社,1999:153-165.26金屬熱處理2003年第28卷第1期 低碳Si-Mn系TRIP鋼