SCM435钢的高温相变.pdf

第4 2 卷 2 0 1 7 焦 第3 期 3 月 金属熬虔谨 H E A TT R E A T M E N TO FM E T A L S V 0 1 4 2N o 3 M a r c h2 0 1 7 S C M 4 3 5 钢的高温相变 肖红亮1 ，张慧杰2 ( 1 湖南省国际工程咨询中心有限公司，湖南长沙4 1 0 0 1 6 ； 2 湖南华菱湘潭钢铁有限公司材料研究所，湖南湘潭4 1 1 1 0 1 ) 摘要：通过在M M S - 2 0 0 热模拟试验机上进行热模拟试验，用膨胀法并结合金相组织观察，研究了S C M 4 3 5 钢的过冷奥氏体连续冷却 相变行为，并测定了试验钢的静态C C T 曲线，在此基础上研究了其在7 5 0 5 5 0 的高温相变行为。结果表明：S C M 4 3 5 钢在连续冷 却过程中主要发生贝氏体相变，并极易发生马氏体相变，而铁素体和珠光体相变则没有独立的相变区间；从7 5 0 冷却到5 5 0o C 过 程中，当冷速降低到0 1 5o C s 时，可以得到对后续加工有利的完全高温相变组织铁素体+ 珠光体。 关键词：S C M 4 3 5 钢；热模拟；高温相变；C C T 曲线 中图分类号：T G l4 2 1文献标志码：A文章编号：0 2 5 4 6 0 5 1 ( 2 0 1 7 ) 0 3 - 0 1 4 7 0 4 H i g ht e m p e r a t u r ep h a s et r a n s f o r m a t i o nb e h a v i o ro fS C M 4 3 5s t e e l X i a oH o n g li a n 9 1 ，Z h a n gH u i j i e 2 ( 1 H u n a nI n t e r n a t i o n a lE n g i n e e r i n gC o n s u lt i n gC e n t r eC o ，L t d ，C h a n g s h aH u n a n4 1 0 0 1 6 ，C h i n a ； 2 I n s t i t u t ef o rM a t e r i a ls ，H u n a nV a li nX i a n g t a nI r o na n dS t e e l C o ，L t d ，X i a n g t a nH u n a n4 111 0 1 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：B ym e a s u r i n gt h ed i la t o m e t r i cc u r v e so fS C M 4 3 5s t e e lu n d e rd i f f e r e n tc o o li n gr a t e so nM M S - 2 0 0t h e r ln o m e c h a n i c a ls i m u la t o r a n d c o m b i n i n gw i t hm e t a llo g r a p h i ca n a ly s i s ，c o n t i n u o u sc o o li n gt r a n s f o r m a t i o nb e h a v i o ro fu n d e r c o o le da u s t e n i t eo fS C M 4 3 5s t e e l W a ss t u d i e d ， a n dt h es t a t i cC C Tc u r v eo ft h et e s t e ds t e e lw a sm e a s u r e d A n dh i g ht e m p e r a t u r ep h a s et r a n s f o r m a t i o no fS C M 4 3 5s t e e lf r o m7 5 0o Ct o5 5 0o C W a ss t u d i e db a s e do nC C Tc u r v e T h er e s u lt ss h o wt h a td u r i n gc o n t i n u o u sc o o li n g ，b a i n i t et r a n s f o r m a t i o no c c u rm a i n lyi nS C M 4 3 5s t e e l，a n d m a r t e n s i t ep h a s et r a n s f o r m a t i o nO c c u re a s i lyt o o W h i let h ei n d e p e n d e n tp h a s et r a n s f o r m a t i o nr a n g eo ff e r r i t ea n dp e a r li t ei sn o to b t a i n e d D u r i n gc o o le df r o m7 5 0o C t o5 5 0o C ，w h e nt h ec o o li n gr a t ei sd e c r e a s e dt o0 1 5 。C s ，t h ec o m p le t eh i g ht e m p e r a t u r ep h a s et r a n s f o r m a t i o n m i c r o s t r u c t u r ef e r r i t e + p e a r li t et h a ti sf a v o r a b lef o rs u b s e q u e n tp r o c e s s i n gc a nb eo b t a i n e d K e y w o r d s ：S C M 4 3 5s t e e l；t h e r m a l m e c h a n i c a l s i m u la t i o n ；h i g ht e m p e r a t u r ep h a s et r a n s f o r m a t i o n ；C C Tc u r v e 收稿日期：2 0 1 6 - 0 8 1 7 作者简介：肖红亮( 1 9 8 3 一) ，男，工程师，博士，主要从事先进钢铁材料 的研究，联系电话：0 7 3 1 4 4 4 4 2 0 3 2 ，E - m a i l：3 6 0 6 4 4 2 9 0 q q t o m D O I ：I O 1 3 2 5 1 j i s s n 0 2 5 4 枷5 1 2 0 1 7 0 3 0 3 2 S C M 4 3 5 属于有特殊要求的高级冷镦钢，由于其 碳和铬钼的含量较高，导致它的淬透性较高，调质后具 有较强的抗疲劳强度和抗冲击能力 1 。2 I 。S C M 4 3 5 钢 在实际生产过程中，若工艺参数控制不当，转变后可能 j 止止址址址址lL j S 址S L S 止址址址S 1 止址址5 屯S 1 _ L 址址9 己址址址址址；址屯“S 止址址9 L S t 址址址址S 址址S 址 C h a iL u ，W a n gL i ，H u a n gJ i h u a ，e ta 1 I n f lu e n c eo fn o n e q u i li b r i u m m i c r o s t m c t u r eo nf r a c t u r em e c h a n i s mo fT L Pb o n d e d N 5s i n g lec r y s t a l j o i n t J H e a tT r e a t m e n to f M e t a ls ，2 0 1 5 ，4 0 ( 4 ) ：1 3 一1 8 3 C h a iL u ，H u a n gJ i h u a 。H o uJ i n b a o ，e ta 1 E f f e c to fh o ld i n gt i m eo n m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so ft r a n s i e n tli q u i d p h a s e b o n d e dj o i n t so fa s i n g lec r y s t a la llo y J J o u r n a l o f M a t e r i a ls E n g i n e e r i n g a n d P e r f o r m a n c e ，2 0 1 5 ，2 4 ( 6 ) ：2 2 8 7 2 2 9 3 4 叶雷，毛唯，谢永慧，等定向凝固高温合金I C I O 瞬态液相 ( 7 1 1 P ) 扩散焊接头组织研究 J 材料工程，2 0 0 4 ( 3 ) ：4 2 掣 Y eL e i ，M a oW e i ，X i eY o n g h u i ，e ta 1 R e s e a r c ho nT L Pd i f f u s i o n b o n d e dj o i n tm i c r o s t m c t u r eo fd i r e e t i o n a llys o li d f i e ds u p e r a llo yI C l0 J J o u m a l o fM a t e r i a lsE n g i n e e r i n g ，2 0 0 4 ( 3 ) ：4 2 掣 5 曹健，宋晓国，郑祖金，等扩散时间对D D 6 单晶高温合金T L P 接头界面组织的影响 J 焊接学报，2 0 1 1 ，3 2 ( 7 ) ：1 3 一1 6 C a oJ i a n ，S o n gX i a o g u o ，Z h e n gZ u j i n ，e ta 1 E f f e c to fd i f f u s i o nt i m eo n i n t e r f a c i a lm i c r o s t r u c t u r eo f T L P j o i n t so f D I Ms i n g lec r y s t a l s u p e r a llo y J T r a n s a c t i o n so ft h eC h i n aW e ld i n gI n s t i t u t i o n ，2 0 1 1 ，3 2 ( 7 ) ：1 3 1 6 郎波，侯金保，吴松D D 3 2 单晶高温合金过渡液相扩散连接 J 材料工程，2 0 1 0 ( 1 0 ) ：3 2 - 3 7 t a n gB o ，H o uJ i n b a o ，W uS o n g T r a n s i e n tli q u i dp h a s ed i f f u s i o n b o n d i n go fD D 3 2s i n g lec r y s t a ls u p e r a llo y J J o u r n a l o fM a t e r i a ls E n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ( 1 0 ) ：3 2 - 3 7 G a leWF ，B u t t sDA T r a n s i e n tli q u i dp h a s eb o n d i n g J S c i e n c ea n d T e c h n o lo g yo fW e ld i n ga n dJ o i n i n g ，2 0 0 4 ，9 ( 4 ) ：2 8 3 - 3 0 0 B lo o m f i e ldRW D e v e lo p m e n to fb r a z i n gt e c h n i q u e sf o rt h ej o i n i n go f s i n g lec r y s t a le o m o p o n e n t s C F i f t hI n t e m a t i o nC h a r le sP a r s o n sT u r b i n e C o n f e r e n c e C a m b r i d g e ：C a m b r i d g eU n i v e r s i t yP r e s s ，2 0 0 0 ：7 4 1 - 7 5 4 周媛，毛唯，李晓红B N i 8 2 C r S i B 钎料钎焊D I M 单晶合金接 头组织及力学性能研究 J 材料工程，2 0 0 7 ( 5 ) ：3 - 6 Z h o uY u a n ，M a oW e i ，L iX i a o h o n g M i c m s t m c t u r ea n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fs i n g lec r y s t a ls u p e r a llo yD I Mj o i n tb r a z e dw i t hB N i 8 2 C r S i B f i I I e rm e t a I J J o u r n a lo fM a t e r i a lsE n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 ( 5 ) ：3 - 6 一 哆 汐 1 4 8金属熬雇栏第4 2 卷 出现贝氏体和马氏体组织，从而硬度偏高，并导致加工 开裂，不利于产品的进一步拉拔加工3 圳。为了保证 热加工过程中产品的组织性能，需获得低硬度的铁素 体+ 珠光体组织。为了在生产中获得较多的高温相变 组织，对其组织进行控制，找出获得正常组织和异常组 织对应的工艺参数以及其相变温度范围，有必要对该 钢种的高温相变进行研究。 要了解高铬钼钢的高温相变行为，必须先全面了 解其在连续冷却转变过程中的相变行为，根据连续冷 却转变行为得到连续冷却转变曲线，确定高温相变的 相变温度区间以及高温相变冷却速度范围。为此，本 文选取典型高铬钼钢种S C M 4 3 5 ，用热膨胀法并结合 金相组织观察，研究了S C M 4 3 5 钢过冷奥氏体连续冷 却相变的组织变化情况，测定了该试验钢的连续冷却 转变曲线，并在此基础上进一步研究了其在7 5 0 5 5 0 温度范围内的高温相变行为。 1 试验材料和方法 试样采用工业生产的S C M 4 3 5 热轧盘条，试验钢 的成分如表1 所示。 表1 试验钢的化学成分( 质量分数，) T a b le1C h e m i c a l c o m p o s i t i o no ft h et e s t e ds t e e l( m a s sf r a c t i o n ，) 以S C M 4 3 5 钢为研究对象，将其加工成4 , 8m m 1 5m i ll的圆柱形试样，在M M S 2 0 0 热模拟试验机上进 行热膨胀试验。将试样以lo s 的速度加热到8 5 0o C ， 保温3 0 0S ；再分别以0 2 5 、0 5 、1 、2 、5 、1 0 、1 5 和2 0 s 的冷却速率冷却到室温，具体试验工艺如图1 ( a ) 所 示。记录冷却过程的热膨胀曲线，并用切线法确定其 冷却过程中的相变温度。经研磨抛光后的试样用 3 硝酸酒精溶液腐蚀，利用光学显微镜I m a g e rD 1 m 观察试样中心部位的微观组织，结合金相分析结果绘 制C C T 曲线。根据得到的高温相变F + P 的相变温度 图1S C M 4 3 5 钢连续冷却相变工艺( a ) 和 高温相变工艺( b ) 示意图 F i g 1 S k e t c ho fc o n t i n u o u sc o o li n gp h a s et r a n s f o r m a t i o n p r o c e s s ( a ) a n dh i g ht e m p e r a t u r ep h a s et r a n s f o r m a t i o n p r o c e s s ( b ) o ft h eS C M 4 3 5s t e e l 区间，进一步研究7 5 0 5 5 0 温度区间的相变情况， 具体试验工艺见图1 ( b ) 所示：将试样以1 0 s 的速 度加热到8 5 0c | C ，保温3 0 0S ；以5c c s 的冷速冷却到 7 5 0 后，再分别以0 2 、0 1 5 、0 1 2 、0 1 0 和0 0 5 s 的冷速冷却到5 5 0c C 后空冷，并利用I m a g e rD 1 m 型光 学显微镜观察高温相变后的组织变化情况。 2 试验结果与分析 2 1 冷速对显微组织的影响 将经过不同冷速冷却后的试样从中间剖开，磨抛 后经3 硝酸酒精腐蚀，观察试验钢在不同冷速下的显 微组织，如图2 所示。从图2 可以看出，冷速O 5 s 时，获得的组织为铁素体+ 珠光体+ 贝氏体；冷速为 1 2 s 时，随着冷速增加，不再发生珠光体转变，并 且铁素体转变量减少很快，而贝氏体转变量增加很快， 主要获得贝氏体+ 铁素体组织，尤其是冷速到2 s 时几乎得到全贝氏体组织，仅有微量的铁素体存在；冷 速进一步增大后，开始发生马氏体相变，即冷速为5 1 0 s 时形成了贝氏体+ 马氏体的 昆合组织，且马氏 体占据主导地位；冷速1 5 s 时，获得全马氏体组 织。冷速较慢时，珠光体较多，铁素体基本呈块状分布 ( 如图2 ( a ) ) ，随着冷速的增加，块状铁素体逐步减 少，而长条状铁素体逐步增多，沿奥氏体晶界择优长 大，呈网状分布( 如图2 ( d ) ) 。 2 2 静态C C T 曲线测定及分析 用热模拟试验机测定S C M 4 3 5 钢的临界点温度 为：A c 。= 7 4 6 ，A c ，= 8 0 4 。根据试验采集的膨胀 量- 温度变化曲线，测定出不同冷速下的相变开始温度 第3 期肖红亮，等：S C M 4 3 5 钢的高温相变1 4 9 图2 不同冷却速度下S C M 4 3 5 钢的显微组织 F i g 2 M i c r o s t r u c t u r eo ft h eS C M 4 3 5s t e e lu n d e rd i f f e r e n tc o o li n gr a t e s ( a ) 0 2 5 E s ；( b ) 0 5 。C s ；( c ) 1 。C s ；( d ) 2 8 ；( e ) 5 。C s ；( f ) 1 0 。C s ；( g ) 1 5 。C s ；( h ) 2 0 。C s 和结束温度。再根据这些测定结果结合显微组织分析 作出S C M 4 3 5 钢的连续冷却转变曲线( 静态C C T 曲 线) 如图3 所示。从图3 可以看出，S C M 4 3 5 试验钢在 连续冷却转变过程中既发生高温相变，又发生中低温 相变。当冷速较慢时( 0 5 s ) ，主要以F + P + B 相变为主，相变温度范围在7 0 0 3 9 0 ；随着冷速增 加，珠光体转变量减少很快，相变组织中贝氏体含量增 加明显，形成了以贝氏体为主的相变组织；冷速达到 5 。C s 时，开始出现马氏体相变，得到的组织为贝氏体 + 马氏体；当冷速1 5 s 时，获得马氏体组织，马氏 体开始转变温度为3 3 5o C ，马氏体转变终了温度为 1 5 2o C 。 在试验冷速范围内，贝氏体转变区占据了较宽 的冷速范围，从1 0 s 直到0 2 5 s ，均是以贝氏 体相变为主，这是由于试验钢中含有较高的碳和铬 含量，使转变时极易生成贝氏体组织 。试验钢没 有获得所需的独立高温相变组织，根据测得的试验 钢的C C T 曲线可知，获得铁素体+ 珠光体的相变温 图3S C M 4 3 5 钢的静态C C T 曲线 F i g 3 S t a t i cC C TC H I V E So ft h eS C M 4 3 5s t e e l 度范围为7 0 0 5 5 0 ，因此有必要专门研究试验钢 在该温度区间的高温相变行为。考虑到冷速越小， 其发生高温转变的开始相变温度越高，因此进一步 扩大温度范围从7 5 0 5 5 0 ，来研究S C M 4 3 5 试验 钢的高温相变行为。 2 3 高温相变组织 根据上述试验结果，进一步研究了7 5 0 5 5 0 的 1 5 0金属熬赢谨 第4 2 卷 相变组织，得到不同冷速下S C M 4 3 5 钢高温相变组织 见图4 。由图4 可知，从7 5 0o C 冷却到5 5 0o C 时，冷却 速率为0 2 。C s 时，组织以铁素体+ 珠光体为主，存 在极少量马氏体( 显微硬度值为7 0 0H V 0 1 ) ；进一步 减小冷速到0 1 5 。C s 时，获得铁素体+ 珠光体相变 组织，未发现中低温相变组织，也即是冷速0 1 5 。C s 时，能获得独立的铁素体+ 珠光体相变区，这对后续的 加工是有利的。随着冷速的进一步降低，均获得多边 形铁素体+ 珠光体的室温相变组织，且铁素体转变量 增多。 图4 不同冷速下S C M 4 3 5 钢高温相变组织 F i g 4H i g ht e m p e r a t u r ep h a s et r a n s f o r m a t i o nm i c r o s t r u c t u r eo ft h eS C M 4 3 5s t e e lu n d e rd i f f e r e n tc o o li n gr a t e s ( a ) 0 2 。C s ；( b ) 0 1 5 。C s ；( c ) 0 1 2 。C s ；( d ) 0 1 。C s ；( e ) 0 0 5 s 3 结论 1 ) 通过热模拟试验并结合金相法得到了 S C M 4 3 5 钢静态C C T 曲线，结果表明：在连续冷却相 变过程中，试验钢既发生高温相变又发生中低温相 变，且贝氏体相变区较宽，没有得到铁素体+ 珠光体 的独立相变区。 2 ) 高温相变研究结果表明：从7 5 0 冷却到5 5 0o C 过程中，当冷速降低到0 1 5 s 时，试验钢获得了完 全的高温相变组织铁素体+ 珠光体，未出现中低温相 变组织。因此，为获得对后续加工有利的铁素体+ 珠光 体组织，S C M 4 3 5 盘条钢的冷速应控制在低于0 1 5 。C s 为宜。 参考文献： 1 徐东，朱苗勇，唐正友，等S C M 4 3 5 钢奥氏体连续冷却转变行 为 J 东北大学学报( 自然科学版) ，2 0 1 3 ，3 4 ( 3 ) ：3 5 6 - 3 5 9 X uD o n g ，Z h uM i a o y o n g ，T a n gZ h e n g y o u ，e ta 1 C o n t i n u o u sc o o li n g t r a n s f o r m a t i o nb e h a v i o ro fs u b c o o li n ga u s t e n i t eo fS C M 4 3 5s t e d s J J o u r n a lo fN o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ( N a t u r a lS c i e n c e ) ，2 0 1 3 ，3 4 ( 3 ) ： 3 5 6 - 3 5 9 2 徐东，朱苗勇，祭程，等S C M 4 3 5 钢大方坯凝固过程组织的 模拟 J 材料科学与工艺，2 0 1 2 ，2 0 ( 6 ) ：1 2 1 1 2 5 X uD o n g ，Z h uM i a o y o n g ，J iC h e n g ，e ta 1 S i m u la t i o no ns o li d i f i e d m i e m s t r u c t u r eo fc