调质处理工艺对Q690D钢微观组织和力学性能的影响_钟友坤

伴随钢板生产技术的提高 控轧控冷技术广泛 用于生产低合金高强度钢 1 但是 对于强度高于 690 MPa的高强钢 控轧控冷技术存在一定的局限 性 2 一般通过调质处理 淬火 高温回火 改善这类 中厚钢板的组织和力学性能 3 本文采用PRO E软 件对厚度为60 mm的Q690D钢板进行不同条件的 调质热处理 并对调质钢板的组织变化和力学性能 进行分析 为Q690D钢板的实际生产提供参考 1实验方法 以厚度为60 mm的Q690D调质钢板为研究对 象 其化学成分w 为 0 14 C 0 40 Si 1 70 Mn 0 02 P 0 01 S 0 30 Cr 0 08 V Nb 0 05 0 02 Ti 0 03 Al 余量为Fe 满足标准成分要求 4 Q690D钢在工厂 的主要生产流程为 脱硫处理 转炉冶炼 精炼 板 坯连铸 缓冷 再加热 除磷 粗轧 精轧 矫直 抛 丸 淬火 高温回火 空冷和探伤等 切取规格为500 mm 300 mm 60 mm的调质钢 板试样 并分别在试样宽1 2 厚1 4处制取拉伸试 样 冲击试样和金相试样 按照国标要求 沿与轧制 垂直的方向分别截取标距为25 mm的圆棒拉伸试 样和规格为10 mm 10 mm 50 mm的冲击试样 实 验温度为 20 分别对轧制金相试样 回火金相试 样和淬火金相试样进行研磨和抛光 采用浓度为 4 的硝酸溶液腐蚀轧制 回火试样 采用苦味酸水 溶液腐蚀淬火试样 利用金相显微镜和扫描电子显 微镜观察试样微观组织 2实验结果 表1为调质处理主要工艺参数 其中 前3组试 件是保持回火温度不变 改变淬火温度 以研究淬火 温度对材料力学性能的影响 调质处理流程为首先 将试件加热到一定温度后保温10 min 并出炉水淬 速度为20 m min 然后进行650 的回火处理 并 空冷至常温 回火处理的目的是改善材料微观组织 以控制强度 提高塑性和韧性 5 回火条件对材料的 强度 塑性和韧性均会产生显著影响 后3组试件是 在保持淬火温度不变的条件下 改变回火温度 以研 究回火温度对材料力学性能的影响 调质处理流程 为首先将试件加热到960 后保温10 min 并出炉 水淬 速度为20 m min 然后进行一定温度的回火 调质处理工艺对 Q690D 钢微观组织和 力学性能的影响 钟友坤 河池学院 物理与机电工程学院 广西 宜州 546300 摘要 对Q690D钢板进行不同条件的调质热处理 研究了调质钢板的微观组织和力学性能 结果表明 随着淬火 温度的升高 钢板的强度增大 韧性降低 随着回火温度的升高 钢板的强度降低 韧性增大 Q690D钢板的最佳调质处 理工艺为930 淬火保温10 min 650 回火保温40 min 关键词 Q690D钢 调质处理 微观组织 力学性能 中图分类号 TG113文献标识码 A文章编号 1000 8365 2014 12 2851 03 Effect of Thermal Refining Process on Microstructure and Mechanical Properties of Q690D Steel ZHONG Youkun College of Physical and Mechanical Electrical Engineering Hechi University Yizhou 546300 China Abstract The effect of thermal refining process on microstructure and mechanical properties of Q690D steel were studied The results show that the strength of Q690D steel increase with the increase of quenching temperature while the toughness decrease And with the increase of the tempering temperature the strength of Q690D decrease while the toughness increases The optimum thermal refining process is quenching at 930 for 10 min and tempering at 650 for 40 min Key words Q690D steel thermal refining microstructure mechanical properties 收稿日期 2014 01 28 基金项目 2014年河池学院院级青年科研课题 2014QN N006 作者简介 钟友坤 1977 广西岑溪人 硕士 讲师 研究方向 金 属材料工程力学 电话E mail shidaihuayuan108 Vol 35No 12 Dec 2014 铸造技术 FOUNDRY TECHNOLOGY2851 图1不同淬火温度下Q690D钢的微观组织 未回火 Fig 1 Microstructure of Q690D steel with different quenching temperatures a 900 b 930 c 960 60 m60 m60 m 40 m40 m40 m40 m a 轧制态 b 900 c 930 d 960 图2轧制态和不同淬火温度下Q690D钢的微观组织 回火温度650 Fig 2 Microstructure of Q690D steel in rolling state and quenched at different temperatures 处理 并空冷至常温 表2为不同调质处理条件下Q690D钢的力学 性能 可以看出 回火温度不变时 随着淬火温度的 升高 高强钢试件的强度逐渐增大 塑性先增大后减 小 韧性逐渐减小 淬火处理的最佳温度为930 淬火温度不变时 随着回火温度的升高 高强钢试件 的强度逐渐下降 塑性和韧性逐渐增大 强度下降的 幅度随温度升高而急剧增大 回火温度为690 时 的强度接近国标下限值 塑性变化不大 韧性增大的 幅度随温度升高而急剧增大 回火处理的最佳温度 为650 3讨论 3 1淬火温度的影响 淬火温度分别通过改变高强钢的奥氏体化程度 和奥氏体晶粒大小影响其强度和韧性 在保温时间 一定的条件下 奥氏体晶粒大小D的表达式为 D Aexp Q RT 1 2 1 式中 A为常数 与保温时间和晶界扩散系数有关 Q为表面激活能 R为气体常数 T为温度 可以看出 奥氏体晶粒随加热温度的升高而增 大 图1为不同淬火温度处理后Q690D钢的微观 组织 图2为轧制态和经不同温度淬火处理后 Q690D钢的微观组织 可以看出 轧制态Q690D钢 的微观组织主要有块状的粒状贝氏体 未完全转变 的球状珠光体和铁素体 经900 淬火处理后 未发 生完全奥氏体化 显微组织中除奥氏体化生成的细 针状马氏体外 还出现了少量的块状铁素体 经测 定 奥氏体晶粒平均大小约为22 m 经650 回火 处理后 晶粒尺寸减小为6 m 组织明显细化但仍 有少量铁素体 力学性能表现为强度较小 韧性较 大 经930 淬火处理后 发生完全奥氏体化 晶粒 试样编号强度 MPa塑性 MPa韧性 MPa 171079098 5 272580065 5 373579553 5 476079552 5 572580064 5 6670805118 5 表2不同调质处理条件下Q690D钢的力学性能 Tab 2 Mechanical properties of Q690D steel under different thermal refining conditions 试样编号 淬火温度 淬火时间 min回火温度 回火时间 min 19001065040 29301065040 39601065040 49301060040 59301065040 69301090040 表1 Q690D钢调质处理实验方案 Tab 1 Experimental scheme of Q690D steel thermal refining FOUNDRY TECHNOLOGY Vol 35No 12 Dec 20142852 12 Zhao D M Dong Q M Liu P et al Structure and strength of the age hardened Cu Ni Si alloy J Materials Chemistry and Physics 2003 79 01 81 86 13 Lockyer S A Noble F W Precipitate structure in a Cu Ni Si alloy J Journal of Materials Science 1994 29 218 226 14 Suzuki S Shibutani N Minura K et al Improvement in strength and electrical conductivity of Cu Ni Si alloys by aging and cold rolling J Journal of Alloys and Compounds 2006 417 01 02 116 120 15 Lei Q Li Z Wang M P et al The evolution of microstructure in Cu 8 0Ni 1 8Si 0 15Mg alloy during aging J Materials Science and Engineering A 2010 527 24 25 6728 6733 16 李伟 刘平 马凤仓 等 时效与冷变形对Cu Ni Si合金微观组 织和性能的影响 J 稀有金属 2011 35 03 330 335 17 王东锋 杨后川 孔立堵 等 Cu Ni Si合金的时效析出贯序研 究 J 兵器材料科学与工程 2005 28 05 25 28 18 Zhao D M Dong Q M Liu P et al Aging behavior of Cu Ni Si alloy J Materials Science and Engineering A 2003 361 01 02 93 99 19 Xie H Jia L Lu Z L Microstructure and solidification behavior of Cu Ni Si alloys J Materials Characterization 2009 60 02 114 118 20 Rhdes C G Williams J C Observations of an interface phase in the boundariesintitaniumalloys J Metallurgical Transaction A 1975 06 1670 1671 21 Kwon S H Kwon N H Song P K et al In situ electrical resistance measurement for determining minimum continuous thickness of Sn films by DC magnetron sputtering J Materials Letters 2012 73 62 64 22 Wang C S Patil P Appleby A J et al In situ ionic electric conductivity measurement of La0 55Li0 35TiO3 ceramic at different Li insertion levels J Journal of the Electrochemical Society 2004 151 08 1196 1201 上接第2840页 钟友坤 调质处理工艺对Q690D钢微观组织和力学性能的影响 尺寸较大 约为34 m 经650 回火处理后 晶粒 细化 约10 m 强度及韧性大小重新调整 兼有优 异的强度和韧塑性 经960 淬火处理后 奥氏体稳 定性因合金元素溶解而增加 发生完全奥氏体化 但 晶粒尺寸粗大 达到了59 m 经650 回火处理 后 晶粒虽然细化 但仍较粗大 约20 m 强度很 高 但韧性非常小 3 2回火温度的影响 图3为930 淬 火 不 同 温 度 回 火 处 理 后 Q690D钢的微观组织 可以看出 600 回火处理 后 回火组织留有淬火后的清晰边界 仍为板条束结 构 力学性能表现为高强度 低韧性 650 回火处 理后 板条边界变得模糊 微观组织中出现了大量的 铁素体 基体组织发生回复 强度稍有下降 韧性大 10 m10 m10 m a 600 b 650 c 690 图3不同温度回火处理后Q690D钢的微观组织 Fig 3 Microstructure of Q690D steel after tempering