热处理对高强度微合金钢组织与性能的影响

收稿日期20050617作者简介周海洋1982,男,安徽枞阳人,安徽工业大学材料科学与工程学院硕士研究生。VOL23NO2安徽工业大学学报第23卷第2期APRIL2006JOFANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY2006年4月文章编号16717872200602013903热处理对高强度微合金钢组织与性能的影响周海祥,斯松华安徽工业大学材料科学与工程学院,安徽马鞍山243002摘要研究了不同热处理工艺对所设计的高强度微合金钢屈服强度大于500MPA的组织与性能的影响。结果表明,通过适当的热处理工艺可以获得由多边形铁素体加一定含量针状铁素体的双相组织,既能显著提高钢的强度,还能保持较低的屈强比。关键词微合金钢热处理针状铁素体屈强比中图分类号TG1421文献标识码AEFFECTOFHEATTREATMENTONMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFHIGHSTRENGTHMICROALLOYEDSTEELZHOUHAIXIANG,SISONGHUASCHOOLOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING,ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,MAANSHAN243002,CHINAABSTRACTEFFECTOFHEATTREATMENTTECHNIQUEONMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFHIGHSTRENGTHMICROALLOYEDSTEELS500MPAWASSTUDIEDTHERESULTSHOWSTHATDOUBLEPHASESMICROSTRUCTUREWITHPOLYGONALFERRITEANDACICULARFERRITECANBEGAINEDBYPROPERHEATTREATMENTTECHNIQUE,WHICHCANRAISESTRENGTHREMARKABLYANDRETAINLOWERYIELDRATIOKEYWORDSMICROALLOYEDSTEELHEATTREATMENTACICULARFERRITEYIELDRATIO引言微合金钢是一种新型的低合金高强度钢1,广泛应用于管线用钢、汽车大梁钢、石油套管钢等强度级别较高的钢种。在现代热轧生产中,通过控轧控冷工艺可使微合金钢获得高的强韧性。一般情况下低碳微合金钢得到的是铁素体加少量珠光体组织,因此在一定的微合金化条件下,钢的组织控制是获得高强韧性的关键,其主要强化方式为超细晶强化、沉淀强化等2。发展新一代钢铁材料的研究重点仍是对钢的晶粒细化与超细化以及如何更好发挥微合金元素的作用的研究3,通过良好的细晶强化与沉淀强化可以得到高强度,但是往往屈强比都比较高090,导致钢的成型性不好,而许多钢种如高强度汽车大梁钢、焊接用石油套管钢等都要求有好的成型性能。因此在提高强度的同时如何降低屈强比成为目前高强度微合金钢的一个研究方向。文献4,5表明,双相钢具有较低的屈强比,如铁素体加马氏体两相钢、铁素体加贝氏体两相钢。通过一种高强度微合金钢的成份设计,应用不同的热处理工艺获得双相组织,通过细晶强化、沉淀强化以及相变强化等强化形式,以实现高强度S500MPA和较低的屈强比。1实验材料及方法实验钢采用中频电炉熔炼,其成份范围W/为C006008,SI020025,MN170200,NB005007,TI001002,V005007,MO020030,CU020030要严格控制杂质元素S,P的含量。将圆柱钢锭在箱式炉中加热,加热温度为11501250,在560KG的空气锤上进行锻压变形,锻成宽150MM厚16MM的试验钢钢板。将锻压后的钢板试样加热至1230保温30MIN,盐水淬火进行固溶处安徽工业大学学报2006年将热处理后的钢板加工成标准拉伸试样以及标准V型缺口冲击试样10MM10MM55MM,测定其力学性能。利用光学显微镜对试样显微组织进行分析,利用透射电镜观察试样的精细组织与析出情况。2实验结果与分析21显微组织观察与分析图1所示的是试验钢试样经过热处理后的横截面金相组织照片。不同热处理工艺制度下的试验钢的组织均比较均匀,且晶粒比较细小。图1试验钢经等温处理后的金相组织A500等温B500等温C540等温D540等温E580等温F580等温试验钢在940奥氏体化后经500等温处理后主要是多边形铁素体和暗灰色的针状铁素体组织图1A,B。针状铁素体在光学显微镜下呈现不规则的非多边形状,有的具有针状特征,晶界模糊。图1C,D所示的是试验钢经540等温处理的组织,总体特征与500差别不大,只是针状组织的含量有所减少。由于针状铁素体静态的转变温度区间是500600,如果等温温度越低,冷速越快,针状铁素体的转变量也会增多6。所以由金相组织可以看出,随着等温温度的降低,多边形铁素体含量减少,针状铁素体的含量增加,并且晶粒有所细化。试验钢经580等温处理的组织就是多边形铁素体加少量珠光体组织并且晶粒明显粗化图1E,F。图2为透射电镜下的组织形貌。在500等温后除多边形铁素体与针状铁素体外,还具有少量的低碳贝氏体组织图2A,B,针状铁素体的特征为非平行的彼此咬合互相交错分布的针状片层结构,由相互平行且具有很高位错密度的铁素体板条构成,在片条内部具有非常细微的亚结构和高密度位错。这些结构特征与文献7,8中报道的没有明显区别。图2C所示的是在580等温后形成的多边形铁素体与少量珠光体的组织形貌,可以看出珠光体是铁素体和渗碳体交替排列的片状组织。贝氏体500NM针状铁素体250NM2MCAB珠光体图2透射电镜下组织形貌A500等温B500等温C580等温140第2期图3透射电镜下析出粒子形貌图3所示的是透射电镜下析出粒子形貌,可以看到等温阶段在铁素体晶内析出的极细小的圆形碳氮化物粒子,尺寸在几个到几十个NM。并且在500等温过程中,析出粒子较少图3A,而在580等温时V的析出粒子相对较多图3B。22力学性能结果分析表1所示的是经过3种热处理后的力学性能结果。试验钢经580等温处理后的强度很低,屈强比也很低,塑韧性较好在500,540较低温度下等温,强度有了明显提高,同时又具有较低的屈强比,这与试验钢的组织类型有着对应关系,细晶强化和相变强化作用更明显。另外,在540等温时的强度比500稍高,这是由于在540等温时析出较多,200NM100MA500等温B580等温而500等温时获得较多的针状铁素体和少量的贝氏体提高了强度。23讨论高强度微合金钢的成份体现了低碳、高锰、多元微合金化的特点,另外加入少量MO,实际上是CMNMOVNB钢,属于针状铁素表1不同热处理工艺下试验钢的力学性能工艺条件屈服强度/MPA抗拉强度/MPA屈强比延伸率/0冲击功/J500等温542868062417542540等温546878062122354580等温441743059324564体钢,一般用于高强度级别的管线用钢、汽车大梁钢以及石油套管钢。高温下NB的析出阻止原始奥氏体晶粒长大,抑制奥氏体再结晶和阻碍再结晶后晶粒的长大,在低温时V的析出能进一步细化铁素体晶粒,起到良好的沉淀强化效果,提高钢的强度。加入钼可以大大推迟珠光体转变,促进贝氏体转变9。铜低温时在FE基体上析出CU10,不仅具有高的弥散强化效果,而且CU本身具有较高的塑性,它不仅提高钢的强度,同时还能提高钢的韧性。在相对低的温度500等温时,均能得到一定数量的针状铁素体组织,提高了钢的屈服强度,实现了相变强化,并且有利于降低屈强比在相对高的温度580等温时,虽然碳氮化物粒子析出较多,但是获得的是铁素体和珠光体的两相组织,因此强度较低,韧塑性较好。在540等温时,既能获得一定数量的针状铁素体组织,又能使碳氮化物粒子有一定的析出,其综合性能最好。所以在实际生产中,可以通过调整控轧控冷工艺制度来获得由超细多边形铁素体加针状铁素体的双相组织,在提高强度的同时实现低屈强比的目标,在实际应用中有着十分重要的意义。3结论1经500和540等温处理后的组织主要是多边形铁素体和一定含量的针状铁素体,随着等温温度的降低,针状铁素体含量有所增加。在580等温后为铁素体加少量珠光体组织,晶粒较前两者明显粗化。2在580等温时实验钢强度较低在500,540等温处理后强度明显提高,且具有较低的屈强比。参考文献1雍歧龙微合金钢物理与力学冶金M北京机械工业出版社,19892康永林,王艳丽,张艳,等变形条件对高洁净微合金钢组织性能的影响J机械工程材料,2003,2727103柳得橹,傅杰,康永林,等屈服强度800MPA的低碳微合金钢J北京科技大学学报,2001,2342372614荆洪阳,霍立兴,张玉风,等屈强比对高强钢断裂韧性的影响J金属学报,1996,3232652695刘晰棕SIMNCR热轧双相钢板的生产J钢铁,1995,30328326MINGCHUNZHAO,KEYANG,FURENXIAO,ETALCONTINUOUSCOOLINGTRANSFORMATIONOFUNDEFORMEDANDDEFORMEDLOWCARBONPIPELINESTEELSJMATERIALSSCIENCE