合金钢相变研究论文600 MPa级低碳微合金高强钢的相变规律研究

1、合金钢相变研究论文：600 MPa级低碳微合金高强钢的相变规律研究摘要：利用Gleeble-1500热/力模拟实验机，研究了新开发的屈服强度600 MPa级高强钢的相变规律，分析了不同冷却速率对钢组织的影响。结果表明：相变开始温度为488610，终止温度为330472；随冷速的提高，相变组织中多边形铁素体和准多边形铁素体的量逐渐减少，而粒状贝氏体的量逐渐增多，直到以粒状贝氏体为主的组织；当冷速达到10/s后，粒状贝氏体向板条贝氏体过渡，直到全部生成板条贝氏体，且在1020/s，组织基本全为板条贝氏体。冷速高于20/s后则产生较多的马氏体。关键词：相变；低碳；粒状贝氏体；板条贝氏体随着煤机行业煤

2、矿用液压支架材料的升级换代，引发并同时推广了550MPa级高强度钢板的使用，特别是600MPa级钢板的使用量尤大1。我国工程机械主要产品所占海外市场的份额普遍还很低，发展空间非常巨大，同时一系列加大基础设施建设的举措更有助于刺激工程机械产品的需求2。本文研究的新开发的屈服强度600 MPa级高强钢是以贝氏体加少量铁素体为基体组织，利用Gleeble-1500热/力模拟实验机和光学显微镜等手段，研究了新开发的钢种连续冷却相变和组织演变规律，分析了冷却速率对钢组织性能的影响，为其生产工艺的制定提供理论依据。1实验材料及方法实验制备的高强度机械工程钢是按屈服强度600 MPa级以上强度级别设计的，采

3、用200 kg真空炉冶炼，其化学成分见表1。根据Gleeble-1500热/力模拟机设备的要求，首先在线切割机上切割成准4mm×10mm圆柱试样，为保证试样的精度，同时也为了减小试样两端的摩擦系数，进一步将试样两端用磨床加工。考虑到现场轧机生产情况及热模拟实验机的实际能力，制定如下方案：将试样以10/s的速度加热至1200，保温12min，使合金成分均匀化，然后以5/s的冷速冷却至825，停留5s，再分别以1、3、5、8、10、15、20、30和50/s的冷速冷却至室温，在DIL805A型膨胀仪上测定不同冷速的相变点，记录热膨胀曲线。然后试样用线切割沿中间贴热电偶处分割成两段，经磨制

4、、机械抛光后用浓度为4%(体积分数)的硝酸酒精溶液浸蚀，采用NEOPHOT21光学金相显微镜观察组织形貌。2实验结果与讨论2.1静态CCT曲线图1是600MPa低碳微合金高强钢的奥氏体静态连续冷却转变曲线。可看出，在冷速为150/s时，均可得到贝氏体组织，且相变变化温度范围较小。当冷速为1/s时，贝氏体开始相变温度为610；随冷速的增大，贝氏体开始相变温度逐渐降低，冷速从1/s增加到20/s时，贝氏体开始相变温度从610降低到488，下降了122。在所研究的冷速范围内，贝氏体开始相变温度为488610；贝氏体终止相变温度为330472；贝氏体开始相变温度与终止相变温度之间的温度区间为13815

5、5。由此可见，此钢终轧后在较大的冷速范围内均可得到贝氏体组织，有利于冷却过程的控制，同时可使这类钢在不同板厚的钢板或者同一块钢板的不同部位均得到比较相似的各类贝氏体复合组织，对获得均匀的组织有利3-5。冷速超过20/s后，开始有马氏体出现。当冷速超过50/s时，组织均为马氏体，Ms点约为416。2.2不同冷却速度对组织的影响图2为实验钢不同冷速时的组织。可以看出，冷速为1/s，冷却到室温后的显微组织主要为粒状贝氏体和针状铁素体，但以特征鲜明且尺度粗大的粒状贝氏体为主，M/A岛较多且尺度粗大，具有明显的扩散长大特征。当冷速为38/s时，室温组织仍为粒状贝氏体和针状铁素体板条贝氏体，但组织中的M/

6、A岛尺寸明显减小，弥散度显著增加。这是因为冷速越大，贝氏体开始转变温度越低，相变的驱动力越大，奥氏体中碳原子的扩散能力差，因而奥氏体只在短距离内富碳，造成M/A小岛尺寸减小；同时粒状贝氏体随冷速的升高逐渐减少。当冷速达到10/s后，粒状贝氏体基本消失，组织转变为以板条贝氏体为主。由图2还可看出，贝氏体由奥氏体晶界向晶内生长，可以清楚看出原奥氏体晶界，贝氏体板条的宽度尺寸一般在2.5m左右，长2030m。若将方向一致、互相平行的一个贝氏体区域，称为一个板条束的话，可看到，原奥氏体晶粒内部形成了方向各异的贝氏体板条束，这些板条束将原奥氏体晶粒分成不同的区域，贝氏体板条束的尺寸相差很大，较小的板条束

7、尺寸约10m×10m，而较大的板条束尺寸约30m×30m，平行的板条之间为残余奥氏体或碳化物。冷速为1020/s时，组织的变化并不明显，仍以板条贝氏体为主。当冷速大于20/s时，组织的切变长大特征愈发明显，组织中开始出现板条马氏体组织，金相组织中由接近平行的板条束组合成的棱角鲜明的块状组织含量增多，硝酸酒精侵蚀颜色为灰白色，说明该组织不易被侵蚀，具有明显的板条马氏体特征。大量研究表明6，低碳贝氏体与马氏体的微观特征区别并不明显，主要是因为，碳含量低使马氏体晶格畸变较小，同样贝氏体中渗碳体析出量亦非常少，低碳钢的板条贝氏体已不存在中碳典型的碳氮化物析出取向特征，因此，低碳钢板

8、条贝氏体与马氏体已没有明显的外观特征区别，因此，目前采用较多的办法是统称为低碳板条组织，而不进行刻意的名词区别。关于低碳板条组织的相变机制目前存在扩散与切变生长的学说争论，至今未能统一，但较多的学者认为，该种组织的相变过程中兼有扩散与切变两种机制，只是随冷速的不同，两种机制所发挥作用大小不同而已。3结论(1)600 MPa级低碳微合金高强钢的静态连续冷却转变温度随冷速的提高而降低，开始相变温度为488610，终止相变温度为330472。(2)冷速较低时，生成多边形铁素体和准多边形铁素体，随冷速的提高，相变组织中多边形铁素体和准多边形铁素体的量逐渐减少，而粒状贝氏体的量逐渐增多，直到以粒状贝氏体

9、为主要组织；当冷速达到10/s后，粒状贝氏体向板条贝氏体过渡，直到全部生成板条贝氏体，且在1020/s时，组织基本全为板条贝氏体。冷速高于20/s后则产生较多的马氏体。参考文献：1廖向宇，彭国成，易全旺浅析超高强度钢的焊接工艺J焊接，2006，(7)：56-582迟秀斌低合金高强度钢开发与研究的新进展J鞍钢技术，2000，(7)：30-363胡良均，尚成嘉，王学敏，等弛豫-析出-控制相变技术中冷却速度对组织的影响J北京科技大学学报，2004，26(3)：260-2634康永林，陈庆军，王克鲁，等500 MPa级低碳贝氏体钢的热处理工艺研究J材料热处理学报，2005，26(3)：96-995Khare A KThermo-mechanical processing and properties offorged high strengt