变形温度对含Nb双相钢显微组织的影响

1、Vol.45 No. 11Nov. 2009 pp.1314-1319第45卷 第11期2009 年 11 月第 13141319 页金4)笛奴ACTA METALLURGICA SINICA变形温度对含Nb双相钢显微组织的影响*$般许云波吴迪(乐北大学乳制技术及连孔日动化国家眠点实验室，沈阳HUOC4)摘 要 通过单道次乐堀及连续冷和实验，研龙了变形温度(810-720 r)对具有超细原始奥氏体晶粒的含Nb双的彤响.实脸结栗总明：实验钢斤终组织为铁索体加马氏体的収相组织.用缩过程中，实脸钢应力-应变曲线上岀现峰值，且峰值应 力随变形温度的降IE先堆大宕诚小；踊卷变形温度的降低浹索体的含址先堆

2、大再Z小，但JtMtif度«大在址低变形温度(720 ) 时.铁欢休品佗尺i降低到2.8 “m弥敵分布于扶常体晶界上的B氏体含量达列22.7%;圈桦变形温度的增加，铁承体品粒紐度 减小.蝕低可降至230 GPa; EBSD取向分析81示，珈将变形itt度的降低组织中小角度品界增多.关键词 含Nb林趙細為低出区变范，晶粒取向图中图法分类号 TG142.1,TG 156.1文献标识码 A文章编号0412-1961(2009)11-1314 -06EFFECT OF DEFORMATION TEMPERATURE ON THE MICROSTRUCTURE OF Nb-MICROALLOY

3、EDDUAL PHASE STEELDONG Yi9 XU Yunbo. WU DiState Key Laboratory of Rolling and Automation, Northeastern University, Shenyang 110004 Correspondent: DONG Yi, Tel: (024)83680570, E-mail: dongi/iwvyahoo. cn Supported by National Natural Science Foundation of China (No.50504007)and National Science andTec

4、hnical Program of China (No.2007HA E51B07)Manuscript received 2009-05-14, in revised form 2(XW-OS-06ABSTRACT Previous researches indicated that the mechanical property of dual phase steel is not only depended on the volume fractions and grain sizes of ferrite and martensite but also the morphology a

5、nd distribution of martensite island Therefore, it is desired to obtain dispersive distribution of fine martensite islands iu the matrix of fine grained ferrite Generally, there are two methods to refine ferrite grain. First, 7/a dynamic traiisforination is promoted by increasing austenite free ener

6、gy through heavy deformation at low temperature region Second, fine ferrite grain is achieved by refining the initial austenite grain which can be obtained by microalloyiug, recrystallizing and cyclic heat treatment In this paper, a low carbon Nb-microalloyed steel was cyclic heat treated to obtain

7、4.2 gm sized initial austenite grain and then cooled to different temperatures (810720 f) to compressively deform The effects of deformation temperature on flow stress curve, and the morphologies and distributions of ferrite and martensite inland, two constituted phases in the steel, were investigat

8、ed. The flow stress curves possess peak stress which increases first and then decreascjs with decreasing of deformation temperature And the volume fraction of ferrite also decreases first and then increases with decreasing of deformation temperature, but the change is slight At the lowest deformatio

9、n temperature of 720 the size of ferrite grain was decreased to 2.8 “m and t he volume fraction of fine martensite island which is dispersively distributed around the boundaries of ferrite was increased up to 22.7% The inhomogeneity of the hardness of ferrite grains lowers with increasing of deforma

10、tion temperature, and the hardness approaches a small stable value at last. The EBSD orientation maps show that the fraction of low angle grain boundary increases with decreasing of deformation temperature.KEY WORDS Nb-microalloyed steel, ultrafine grain, deformed in low temperature region, orientat

11、ion map of grain国家自燃科学培金顼口 50504007和国家科技支挥计划项目2007BAE51B07資助收到初梢口期：2009-05 14.收別修改IrtH期：2009 08 06作者简介1981年生，博士生第H期« 毅第：变形温度对含Nb双相倒显微组织的电响13157507207808100.00.40.«0.8Strain1.0由软相铁素体和硬相马氏体组成的双相钢由于貝有 屈眼强度低、连续屈强比低.加工硬化率较高和延 伸率较大等待点，成为对冷成也性要求较高的汽车等工业 领域的箱用钢种山勾热轧法生产双相钢工序简单、成本 低节约工时和能源.便于大規模生产，成

12、为生产双相钢 的首选力法.国内外学者对双相钢的微观组织与其性能之间的关 系进行了较多研究IA7,认为双相组织中两相体枳分数. 爲粒尺寸及马氏体岛形稅和分布等对钢材的性能起决定 性作用，细小的马氏体岛弥散分布于细晶铁索体基体上的 双相组织是人们所希电得到的.近期，通过低温大压下细 化铁素体晶粒工艺受到广泛关注|8-】寳其实质为通过低 温区大变形提高奥氏体自由能.使其在变形过程中得到细 小的铁當体晶粒.并为随后的铁索体相变提供更多的形核 地点，提髙铁素体形核率，从而得到细小的铁素体晶粒.另 一种细化铁索体晶粒的方法也被人们所熟知，即通过细化 原始奥氏体晶粒从而纽化佚索体爲粒的方法，细化奥氏体 晶粒

13、可通过添加合金元索(如Nb)来实现，也可以通过再 结曲、循环热处理技术等来实现.本文在经循环热处理工 艺细化了原始奥氏体晶粒的条件下，通过在低温区的单道 次压缩实验，研究了变形温度对含Nb微合金钢应力-应 变曲线及铁索体与马民体双相组织形規.分布等的影响.1实验方法实验钢化学成分(质fit分数,)为C 0.072, Si 0.23, Mn 1.6, P 0.0035, S 0.0018, Al 0.032, Nb 0.022, Fc 余 ft.将实验钢制成直径8 mm,长15 mm的圆柱形试样, 压缩实脸在MMS-300热模拟试验机上进行实验工艺见 图1.试样经过循环热处理工艺处理后.得到平均

14、龄粒尺 寸约为4.2 “m的超细原始奥氏体组织，以10 r/s的速 率冷却到不同温度(810, 780, 750和720 V)进行单道 次压爼应变(£)为0&应变速率(e)为5 s-压缩后 以20 C/s的速率冷却至室温.实酚钢的奥氏体-汝素体 平衡转变温度Ae3经Thermo-Calc软件计算为832 & 在10 r/s冷却速率下奥氏体向铁索体转变开始温度Ar3 为 765 C将变形试样沿轴向切开，经研曆拋光后分别采用 4%(体积分数)的硝酸酒精和Ix?pera溶液腐烛，用以 观察浜索体和马氏体组织的形貌和分布.通过LE1CA Q550IW 型图像分析仪和Tecna

15、i G2 20熨透射电镜 (TEM)对金相组织和两相含仗进行观察和測定.铁素体 品粒尺寸通过割线法来测定，硬度测定采用MF-700显微 it度计.采用FEI Quanta 600扫描电子显微镜(SEM) 上的0IM 4000电子背敬射衍射(EBSD)系统对试样骷 界进行分析.2实验结果与分祈图2为不同温度下压缩变形的应力-应变曲线.可 见，随着应变的增加，各温度下的变形应力都先堆大后减 小，变形应力出现峰備.峰值随霸变形温度的降低先增大 再减小，如图3所示.Nb对奧氏体再结晶有很大的抑制 作用，一般来说，含Nb低碳微合金钢在900 C以下不发 生再结晶2-旧.因此，在本实验中，应力-应变曲线上

16、d235W图2冥钱钢不树沮度下变形时的应力-应变曲线Fig.2 Flow curves of the terted Rteel under various deformation temperatures with a strain rate of 5 s"1第H期« 毅第：变形温度对含Nb双相倒显微组织的电响#Timt emeJedwQA第H期« 毅第：变形温度对含Nb双相倒显微组织的电响#ffiI实验工艺图Figl Deformation procexses itted in the experiment«3变形ta度对峰值应力的影响Fig.3 Ef

17、fect of deforxnatioa temperature on peak stress第H期« 毅第：变形温度对含Nb双相倒显微组织的电响#第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响1317各温度下变形应力的降低不是由奥氏休的再结晶造成的, 而主要是由在变形过程中发生的动态相变引起的.变形堆 大了亚唸奥氏体的口由能使其在变形过程屮发生奥氏体 向铁素体的动态相变，新生成的铁索体相为软相，从而导 致了变形应力的降低而耶值应力的变化則与发生动态相 变询试样的微观组規有关.在大于4门温度变形时(«10 和780匸)，发生动态相变前试样的组织为单一的奂氏体 相，因

18、此，峰值应力随着变形温度的降低而增大.在750 r 变形H寸，变形温度略低于人冷，变形前已经有小部分先共 析铁索体析岀，这部分先共析铁索体在变形过程中引起应 力降低，但其并不足以抵消由于变形温度降低而引起的应 力堆加，因此，在750 变形时的峰值应力仍大于岛温 变形时的峰値应力.在720 C变形时，变形温度远低于 4”，变形前先共析浜素体转变试较多，11有一定程度的 长大，这部分的先共析铁素体对变形过程中应力的降低作 用大于温度降低引起的应力增大，导致了 720 C下峰值应 力低于750 下的蜂值应力.变形应力的降低除了上述 原因以外,与变形过程中铁素体的动态回复也有一定关系, 将在下文论述.

19、试样经4%硝酸酒精溶液腐蚀后的显微组织见图 4a-d町见，试样在不同温度变形后，以20 iC/s的速 率连续冷却至宝温，得到的组织全部为铁索体(F)和马氏 体(M)的双相组织.随着变形温度的降低，组织中铁素体 含址先堆加后减少，铁余休平均品粒尺寸减小.且变形 温度的不同，导致最终组织中铁索体昂粒形貌产生差舁.试样在810和780 C变形厉连续冷却至室温的双相 组织(图4a和b)中，铁索体晶粒都星等轴状，在780 r 变形时的铁索体平均晶粒尺寸略小，铁索体体枳分数增大. 在780 变形时变形温度略商干Ar3y变形所产生的使 亚稳奥氏体向铁索体转变的形变能被有效利用，在温度応 于Ar3变形过程中发

20、生見氏体向铁索体的转变.大的变 形愀使奥氏体晶粒内位错密度增大，加上原始奥氏体晶粒 细小，为铁索体提供了大址的形核地点，使变形后连续冷 却过程中，大盘的奥氏体快速的转变为铁素体.由干在变 形和随后的冷却过程中铁素体相变发生较快,且转变戢大, 导致剩余的奥氏体富C而稳定，在冷却到低温时转变为第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#图4试样在不同ifi度变形洽冷却至节温的组织Fig.4 Double phase (ferrite F+martensite M) micro

21、structures of the sampler cooled to room temperature after deforming at 810 C (a), 780 C (b), 750 C (c) and 720 X? (d), the morphotogy of ferrite changed From equia>ed gain to strip-like grain, its volume fraction (size) varied from 78.4% (3.7 pm) to 85.7% (3.5 pm), 80.7% (3.3 “m) and 77.3% (2.8

22、“m) with decreasing deformation temperature第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#马氏体.图5为780 C变形条件下组织中尺寸不到1 fim的 细小铁索体晶粒.这些细小的晶粒呈等轴状，部分晶粒内 部存在少做的位错.这些存在位错的铁素体晶粒很可能是 在变形过程中形成的在810 变形时组织的演变同780 9变形条件下基本相同，但由于其变形温皮高，变形过程中产生的铁素体在随后的冷却过程中有一定程度的长大,S 5变形狙度为70 时室廻组织中细小的法索体晶粒 Fig.5 TEM image of fine ferrite grains in t

23、he sample deformed at 780 C 进作用被一定程度地域弱，便铁索体含罐产生相应的差别. 图4c为在750匸变形后连续冷却至室温的显微组 织.组织中铁素体以等轴状为主，辅以少賦拉长的先共析 铁素体，细小等轴状铁索体轼比高温变形时有所增加，铁素体晶粒尺寸进一步减小.在750 C变形时，由干变形 遍度低干Xr3,已经有部分先共析铁索体析岀，在变形过 程中被压扁.如前所述，在此温度变形过程中发生动态相 变，导致应力-应变曲线的下降，组织中部分细小铁素体 就来源于此.变形增大了过冷奥氏体向铁素体转变的驱动 力，铁素体相变在变形肓出现一个新的高峰，组织中其余 部分细小等轴铁索体晶粒在

24、此时形成.在后续的连续冷却 过程中，由于温度较低，且冷速较快，形成的细小等轴晶粒 来不及长大，从而形成如图4c的越微组织.在720 变形时的显微组织如图4d所示.与750 变形时的显微组织类似,但长条形铁素体尺寸及含就堆加, 等轴铁素体尺寸更加细小.这与变形温度紧密相关.变形 温度的进一步降低使变形前析出的先共析铁索体址大大 增加，且在变形前巳经有所长大，而在变形和随后冷却过 程中，形成的等轴晶因形成温度低而来不及长大，导致铁 索体晶粒尺寸及形状的差并.试样经Lepera溶液腐蚀后的显微组织如图6所示.第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#第11期董 毅等：变形温度对含Nb双

25、相钢显微组织的形响#第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#S 6试徉经Lepera试利厲怏后的显微纽织Fig.6 Microstructures of the samples etched by Lepera reagent after deformations at 810 C (a), 780 C (b),750 X： (c) and 720 C (d)第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响1319组织屮白色为马氏体岛.黑灰色为铁索体组织.随君变形 温度由810匸降低到780 G马氏体含以从21.6%降低 fij 14.3%,当变形温度为750和720匸时

26、，马氏体含址 分別为19.3%和22 7%马氏体岛弥散分布丁扶索体晶 界处.且存在较多尺寸絞小的点状马氏体岛，见图7.研 究【3,4)表明，这些细小、弥散分布的马氏体岛对双枢削的 舉性断裂有利.变形温度对铁索体的性能也产生一定影响.在各个 不同变形温度下得到的绢织中.各选取1()个铁素体晶粒, 对校大，硕度值分布絞分散.这是因为在高温变形条件 K曲动态相变临成的铁索体在变形过程中产生的的位错 经冋复基本消失，使瓦硬度与随灯相变生成的铁索体硕度 相当.在变形温度低于Ar,条件下，变形便先共析铁索体 和变形过程中动态相变产生的铁索体内部产生大址位错, 而広随后的冷却过保中.由于温度较低，回圮作用较

27、舸，位 错未于以有效消除.形成较硬的铁素体晶粒，而变形后形 成的铁素体较纯净.班度値小，导致铁索体玦度值的增大 和分散.第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#测定其硬度值，见图&花变形温度高于Ar3时.铁索体 俺度小R均匀，而在低温下变形时.佚素休品粒的硬度相s SI2 ©1图9和10分别为不同变形温度条形下试样辰终组360740760780Deformation temperature. *C第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#S 7变形温度为780 C时室中细小的马氏体岛Fig.7 TEM image of fine martensi

28、te islands in the sample deformed at 7%)图8不同变形Ftt素休品粒骑度Fig.8 Hardnesses of ten ferrite grains selected random inCAch sample deformed at four temperAturca第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响#图»不同变形組度卜试樺显微组织的EBSD取向图Fig.9 EBSD orientation maps of grai

29、ns (grey liu 0° < 0 < 15°, dark lines 15° << 180°) in the samplesdeformed at 810 C (a), 780 X? (b), 750 C (c) and 720 t (d)第11期董 毅等：变形温度对含Nb双相钢显微组织的形响1321图10相邻晶也何取向杀分布图Fig. 10 Distributions of the mUu>rientation between adjacent grains measursd from Fig.9织的EBSD取向图和

30、相邻晶粒取向差分布比例图.可见, 随看变形温度的降低.组织中小角度晶界所占比例增大, 由4.4%增大到12.9%,且小角度晶界分布于较大铁素 体品粒内部.随看变形温度的降低，大的拉长的铁素体品 粒内部小角度晶界增多.当变形温度奇于Ar3时，变形开 始时组织为单一的奥氏体，铁索体在变形过程中出现，变 形程度较轻，加上回复的作用，使位错密度较低，铁素体品 粒内部小角度晶界较少.而在较低温度变形时，变形开始 时巳有铁亲体存在，而族素体校软，变形很大程度上隼中 于铁素体上，变形过程中铁素体发生动态回复，形成小角 度爲界的亚鼎，且变形温度较低.变形铁素体晶粒内部位 错密度高于高温变形过程中形成的铁索体位

31、错密度，导致 最终组织中铁索体晶竝硬度的增大和小角度品界的增多. 动态回复引起的软化同时抵消了一部分加工硬化，对变形 应力的降低也起到一定作用.3结论(1) 实验工艺条件下，试样最终组织为饮素体与马氏 体双相组织.随君变形温度的降低，组织中铁索体含址 先增大后减小，铁素体阳粒尺寸降低，大小茂异增大.在 780 1C变形条件卜；铁索体含址赠多，达到85.7%,聶粒尺 寸校均匀；随衿变形温度的降低，组织中码氏体含址先减 少后增加，q氏体岛尺寸絞小，呈孤岛状弥散分布，冇利于 双相组织的塑性.(2) 不同温度下变形的应力随应变的增加先增大、后 减小，应力-应变曲线上出现峰值应力，且峰值应力随着 变形温

32、度的降低先增大.厉减小.这是由变形过程中发 生的奧氏体向汝素体的动杰相变和变形前试样组织的差 异所造成的.(3) 变形温度对铁粒咬度冇很大彩响在岛于 Ar3下变形时,铁素体晶粒硬度絞小，硬度值分布均匀；在 低于Ar3下变形时，铁索体硬度值较大且分At(4) EBSD结果显示，随看温度的降低，组织中小角 度晶界增多，由4.4%增大到12.9%,且多分布于较大的 铁索体晶粒内部.參考文献1 Shi M F, Thomas G Ht Chen M X, Fekete J R. Iron Steel- maker, 2002; 29(3): 272| Llewellyn D T, Hillis D J

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