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第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 测试与分析 ST52- 3G 钢 CCT 曲线的测定与分析 谌冬冬， 周旭东， 郭未昀 （河南科技大学 材料科学与工程学院， 河南 洛阳 ） 摘要：在 - 热模拟试验机上，测定了 - 钢在不同冷却速率下过冷奥氏体连续冷却的膨胀曲线，利用膨胀法结合 金相- 硬度法，绘制了试验钢过冷奥氏体连续冷却相转变曲线（ 曲线），研究了试验钢组织及硬度与冷却速率之间的影响规律。 结果表明，试验钢的 和 分别为 和 ；微观组织主要有铁素体、珠光体和贝氏体。 较慢冷却速率时发生铁素体和 珠光体转变，其中铁素体含量较多；当冷却速率大于 时发生贝氏体转变；随着冷却速率的提高，各组织或晶粒变细，试验钢 的硬度随着冷却速率的增加呈先快后慢趋势。 关键词：热模拟；- 钢； 曲线；膨胀法 中图分类号：TG142 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2017）07- 0168- 04 Measurement and analysis of CCT curve for ST52- 3G steel ， ， （ ， ， ， ） Abstract： - - 摧 （ ） - ； ， ， ， Keywords： ； - ； ； 收稿日期：- - 基金项目：国家自然科学基金（） 作者简介：谌冬冬（），男，硕士研究生，主要研究方向为金属塑性 成形的物理模拟。 通讯作者：周旭东，博士后，硕士生导师，- ： DOI：10 13251 j issn 0254- 6051 2017 07 039 钢的过冷奥氏体连续冷却相转变曲线（ 曲 线）能够系统反映过冷奥氏体冷却速率对相转变开始 点、相转变终了点和相变所得组织的影响规律，是合理 制定热处理工艺的重要依据，也是研究固态相变理论 的重要基础 。 因此，通过模拟试验来确定试验钢的 曲线， 对制定其热处理工艺及确定其最终组织及性能具有十 分重要的意义。 目前，人们虽然对冷轧低碳钢的控制 轧制及轧制之后连续冷却过程中的相变组织和特征的 变化与冷却速率之间的关系做了广泛研究 - ，但是 关于 钢的报道却很少，大多数 钢的研究都侧重 于其力学性能和成形性能的研究 。 所以，本文以 - 钢为研究对象，利用膨胀法，结合金相- 硬度 法测定试验钢的 曲线 - ，研究试验钢的相变及 组织形貌特征。 试验材料与方法 1 1 试验材料及样品的制备 试验材料为冷轧态的 厚的低碳微合金钢 板，其钢号为 - ，主要的化学成分见表 。 表1 ST52- 3G 钢的化学成分（质量分数，） Table 1 Chemical composition of ST52- 3G steel （mass fraction，） W ? ? ? ? 将该钢板加工成 （长 宽 高）并在中间标记处焊好热电偶用于热模拟试验 。 1 2 试验方法 首先以 的升温速率加热至 并保 温 ，再以 的冷却速率冷至室温，测得膨胀 曲线，结合切线法 在其上确定试验钢的 和；其 它以 的升温速度加热至 并保温 ，再 第 期谌冬冬，等：- 钢 曲线的测定与分析 l 分别以V（ 、 、 ）的冷却速率冷 至室温。 测得试样在冷却过程中的温度- 膨胀曲线，再由 膨胀曲线确定其相转变开始和终了温度。 将热模拟试验结束后不同冷却速率下的试样沿中 间的位置进行横向剖开，加工成为金相试样，然后研磨 和抛光，采用 的硝酸酒精溶液进行腐蚀，用 光学显微镜观察组织。 每个试样用 - 型显微硬度计，设定荷载 ，保荷 ，测出 个点（不同组织）的维氏硬度，取平均值。 图 钢过冷奥氏体不同冷却速率连续冷却转变后的显微组织 （） ； （） ； （） ； （） ； （） ； （） ； （） ； （） 试验结果与讨论 2 1 临界温度的确定 钢的部分膨胀曲线如图 所示，可见，膨胀曲 线结合切线法测得试验钢升温时的临界温度：为 ， 为 。 2 2 显微组织和维氏硬度 通过膨胀曲线和切线法虽然可以确定相转变点，但 图 膨胀量- 温度曲线及切线法测相变点 - 是当转变量较小时，曲线上的相转变点显现不够明显， 会影响测量精度，金相法作为有效的辅助手段可以提高 测量精度。 如果显微组织照片下的相转变产物不易分 辨时，硬度法是确定相转变产物的一个重要手段 。 表 为不同冷却速率冷至室温下对应的维氏显微硬度 值，图 为不同冷却速率下对应的显微组织照片。 l 第 卷 表2 ST 钢不同冷速下的维氏硬度（HV0 2） Table 2 Vickers- hardness of ST steel under different cooling rates （HV0 2） 冷却速率 （ ） ? ? ? 硬度 对于试验钢而言，不同冷却速率会得到不同的 微观组织。 图 表明，冷却速率为 时， 试验钢的显微组织是铁素体和珠光体，其中铁素体 含量较多，珠光体含量较少， 时，晶粒形 状较为规则，珠光体位于铁素体晶界处，当冷却速率 增加到 以后，铁素体晶粒形状多为准多边 形 ，晶界也变得无规则；大于 时，显微组 织为针状铁素体 和羽毛状的贝氏体。 试验钢的平 均晶粒尺寸随着冷却速率的增加而减小，冷却速率 为 时达到最小。 这是因为冷却速率的增加， 导致过冷度增大，形核驱动力增加，形核率升高，晶 核数目增加，同时晶粒生长速度受到抑制，致使晶粒 变细。 图 钢不同冷速下的硬度 不同冷却速率得到的微观组织具有不同的硬 度，参见表 和图 所示。 由图 可知，维氏硬度随 着冷却速率的增加而增加，冷速 时，维 氏硬度增加的较快，近似指数增加；冷速 时，维氏硬度基本呈线性增加。 这是由于当冷却速率 小于 时，试验钢的组织是“软相”（铁素体和珠 光体），当冷却速率大于或等于 时，试验钢出 现了相对较硬的贝氏体组织 。 另一方面，随着冷却 速率的增加，微合金元素（铌、钒、钛等）扩散能力降 低，析出更加细小的第二相，并且相变驱动力增加，组 织中位错密度升高，使得硬度也随之升高 。 2 3 CCT 曲线的绘制 根据试验钢过冷奥氏体冷却过程所测出的膨胀曲 线，用切线法结合上述微观组织的分析可以确定不同 的冷却速率下相转变开始点和终了点的温度。 在 T- t 的半对数坐标上标出这些点，用圆滑曲线把发生同一 种相转变点连接起来，就得到了图 所示的 曲 线 ，同时标出 和 及不同冷却速率下的维氏 硬度。 图 钢连续冷却转变曲线（ 曲线） （ ） 由图 可知，试验钢 钢在以不同的冷却速率连 续冷却时，过冷奥氏体将发生铁素体和光体转变（ ）、贝氏体转变（）。 冷却速率为 时，发生铁素体和珠光体转变；当冷却速率达到 时，发生了贝氏体的转变。 结论 ） 钢的临界点温度是 ， ，在试验条件下，当冷却速率在 时，显微组织为铁素体和珠光体，其中铁素体含量较 多，珠光体含量较少； 时，发生贝氏体转 变，显微组织为铁素体、珠光体和贝氏体。 ） 晶粒尺寸随着冷却速率的增加而减小；硬度也 随着冷却速率增加而增加。 冷却速率为 时，维氏硬度增加得较快，呈指数增加；冷却速率为 时，维氏硬度基本呈线性增加。 参考文献： 黄 刚， 吴开明， 周 峰， 等薄板坯连铸连轧生产 钢的 曲线和淬透性材料工程， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 李小林， 李红斌， 林 哲， 等退火工艺对冷轧低碳钢组织和性能 的影响金属热处理， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 第 期谌冬冬，等：- 钢 曲线的测定与分析 l 王梦寒， 咸国材， 王彦丽， 等退火工艺对 镁合金组织及耐 磨性能的影响金属热处理， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 易 宁， 鄂大辛， 李 悦， 等 汽车用 种 钢板力学性能及其对成形 性影响的有限元分析汽车工艺与材料， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - ， ， - ， - ， ， （）： - 李红斌， 林 哲， 方 芳， 等应力作用下 管线钢 - 曲 线金属热处理， ， （）： - ， ， ， - ， ， （）： - 王壮飞， 唐 帅， 刘振宇， 等 对低碳微合金钢连续冷却相变 行为的影响东北大学学报 （ 自然科学版）， ， （）： - ， ， ， （ ）， ， （）： - 刘新华， 计云萍， 任慧平， 等 耐磨铸钢连续冷却 转变曲线的测定金属热处理， ， （）： - ， ， ， ， ， （）： - 李红英， 王法云， 曾翠婷， 等 钢 曲线的测定与分析 中南大学学报（自然科学版）， ， （）： - ， ， ， （ ）， ， （）： - 宗 云， 赵莉萍， 麻永林， 等低碳含铌微合金钢的连续冷却相 变行为及显微组织机械工程材料， ， （）： - ， ， ， - ， ， （）： - 徐 亮， 章小浒， 黄金国， 等 级低碳微合金钢的连续冷 却相变组织及强韧性机械工程材料， ， （）： - ， ， ， - ， ， （）： - ， ， ： （）： - ， ， ， - - ， ， ： - ， ， ， （ ）- - ， ， （）： - 欢迎订阅枟金属热处理枠杂志（2018） 枟金属热处理枠杂志是中国热处理行业会刊， 年创刊。 本刊由北京机电研究所、中国机械工程学会热处理学会、中国热 处理行业协会合办，拥有高级顾问、资深编委 名，其中两院院士 名， 多名通讯员遍布全国各省市，精英荟萃，已发表论 文 余篇， 余家中外客户刊登广告。 长期入选 、日速报等期刊检索系统，多次荣获全国优秀科技期刊一、 二等奖，连续 次评为机械、冶金工业核心期刊， 年荣获中国期刊方阵双奖期刊， 年获第二届国家期刊奖， 年获第 三届国家期刊奖提名奖期刊， 年、 年连续两次荣获中国百强报刊。 本杂志坚持理论联系实际，普及与提高并重，促进行 业技术进步，努力提高机电产品质量和企业的经济效益服务，同时注重国际交流，信息量大，精品意识强，广告宣传效果好。 主要栏目：综述、新材料研究与应用、表面工程、工艺研究与改进、设备研制与改造