钼对低碳微合金钢组织和性能的影响

1、钼对低碳微合金钢组织和性能的影响孔君华1 ,2 , 郑琳1 , 郭斌1 , 李平和1 ,谢长生2(11 武汉钢铁 (集团) 公司技术中心钢铁产品研究所 , 湖北21 华中科技大学材料科学与工程学院 , 湖北 武汉武汉 430083 ;430074)摘 要 : 研究了低碳微合金钢中 Mo 元素对形变奥氏体在连续冷却后组织和性能的影响 。得出在此系列钢中 , 随 Mo 含量增加 , 针状铁素体量随之增加 , 同时钢中出现贝氏体束和 M - A 组织 。屈服强度 、抗拉强 度随 Mo 含量的增加而提高 , 且抗拉强度的提高幅度高于屈服强度 , 屈强比随 Mo 的加入而降低 , 且随 M- A 组织增

2、多 , 钢的冲击韧性损失加大 。关键词 : 微合金钢 ; 钼 ; 金相组织 ; 力学性能中图分类号 : T G142113文献标识码 : A文章编号 : 1003 - 9996 (2005) 04 - 0027 - 03Inf l uence of Mo on microstructures and propert ies of lo w carbon microalloyed steel sKON G J un2hua1 ,2 , ZHEN G Lin2 , GUO Bin2 , L I Ping2he2 , XI E Chang2sheng1( 11 Technology Cent re

3、, Iro n & Steel Research Instit ute , Wuhan Iro n & Steel ( Gro up) Co . , Wuhan 430083 , China ;21 Huazho ng U niversit y of Science & Technology , Wuhan 430074 , China)Abstract : How t he different Mo co ntent effect s microst ruct ures and p roperties of low carbo n microalloyed steel

4、s wasst udied1 It was co ncluded t hat t he p roportio n of acicular ferrite is increased as t he co ntent of Mo increased , t he yield and tensile st rengt hs also increased , o n t he ot her hand , t he yield ratio decreased and toughness deteriorated as t he quantit y of M2A increased1Key words :

5、 microalloyed steel ; Mo ; microst ruct ure ; mechanical p ropert y前言当今工业发达国家普遍将 X80 列为 21 世纪天然气输送管线的首选钢级 。X80 管线钢的典型 组织为针状铁素体或低碳贝氏体 , 在成分设计 上 , 以 低 C2M n2N b 系 为 主 , 适 量 添 加 钼 、镍 、 铜以强化基体 , 并在保障所需组织的基础上 , 结 合超纯净钢和超细晶粒组织 , 达到高钢级管线钢 对高强度 、高韧性和优良焊接性能的要求 。钼在高钢级管线钢中是一重要元素 。它能使 钢在空冷条件下获得贝氏体组织 , 由钼钢奥氏体 等温

6、转变曲线可见 , 钼使铁素体析出线明显右体转变 。通过对 X80 管线钢中不同钼加入量对钢的组织和性能影响的研究 , 得到钼元素在 X80管线钢中的作用规律 。1试验材料与方法试验用钢的化学成分以低 C2M n2N b 系列微 合 金 化 钢 为 基 础 , 钼 含 量 选 择 0 、0110 % 、0120 % 、0130 % 、0141 %5 种情况 , 其他元素含量保持 不 变 。试 验 钢 先 在 真 空 感 应 炉 冶 炼 成50 kg 的钢锭 , 再经 500 mm 轧机采用相同的控 轧控冷工艺轧成厚 15 mm 钢板 。试验钢的具体化 学成分如表 1 所示 。对钢板取样进行拉伸和

7、冲击性能检验 , 并应用光学显微镜 OL YM PU S GX71 和扫描电镜 F E I XL 30 进行显微组织观察和分析 。2移1。但并不明确推移贝 氏 体 转 变 , 所 以 过 冷奥氏体直接向贝氏体转变 , 而在此之前没有或只有部分先共析铁素体析出 , 这样就不再发生珠光收稿日期 : 2005 - 05 - 27作者简介 : 孔君华 (1969 - ) , 女 (汉族) , 湖北大冶人 , 工程师 , 在读博士生 。轧钢·28 ·2005 年 8 月出版表 1试验钢的化学成分wt %试样号CSiMnPSNb + TiMoAls0102101022010260102

8、20127012901310129118111861190118601006010060100501005010032010037010037010038010880109001098010800101501017010170101612223542-011001200130 52 01022 0129 1183 01006 010040 01078 0141 01014 注 : 钢中另添加了 Cu 、Ti 等其他合金元素 。试验结果与分析试验钢的屈服强度 R t0 . 5 、抗拉强度 R m 和 -20 横向冲击性能检验结果如图 1 所示 。3311力学性能图 1 试验钢在不同 Mo 含量情

9、况下的力学性能a) 屈服强度 、抗拉强度 ; b)由图 1 可看出 , 试验钢的 R t0 . 5 、R m 均随钼 含量的增加而提高 , 而 R m 的提高幅度高于 R t0 . 5 , 屈强比随钼的加入而降低 。含钼量由 0 增加到0120 %时 , R t0 . 5 提 高 12M Pa , R m 提 高 47M Pa 。屈强比 ; c) - 20 时的冲击功312 光学显微镜观察结果应用光学显微镜观察 5 种不同 Mo 含量钢的 组织 , 如图 2 所示 。不含 Mo 的钢组织为先共析 铁素体和少量针状铁素体 ; 加入 0110 %Mo 后组 织仍以先共析铁素体为主 , 并有极少量针

10、状铁素体 ; 当加入 0120 %Mo 后组织中针状铁素体的数 量明显增多 , 而先共析铁素体的数量相应减少 ; 加入 0130 %Mo 后组织中先共析铁素体的数量进 一步减少 , 针状铁素体或贝氏体的数量继续增 加 ; 当加入 0141 %Mo 后组织中不再出现先共析铁素体 , 而贝氏体量增加 。进一步增加钼含 量 ,缓 , 屈强比不变 。R t0 . 5 和R m 的 提 高 幅 度 趋- 20 冲击韧性值随钼含量增加呈下降趋势 ,钼含量由 0120 %增至 0130 %时 , 下降幅度明显 。 因此 , 在低 C - M n 系 X80 管线钢中 , 若加入 0120 %的钼 , 可显著

11、提高钢的 R m , R t0 . 5 也略有提高 , 但冲击韧性有少量损失 ; 进一步提高钼 含量 , 强度提高趋缓 , 但韧性损失较大 。图 2 用光学显微镜观察的试验钢组织a) 不含 Mo ; b) 含 0120 %Mo ; c) 含 0141 %Mo从图 3 可看出 , 随着钢中钼含量的增加 , 不313扫描电镜分析结果应用扫描电镜对试验钢作进一步组织观察 、分析 , 结果如图 3 所示 。但钢中针状铁素体量逐渐增加 , 先共析铁素体量减少 , 而且钢中开始出现贝氏体束和 M - A 组·29 ·第 22 卷·第 4 期孔君华等 : 钼对低碳微合金钢组织和

12、性能的影响织 , 钢中钼含量达到 0141 %时 , M - A 组织数量明显增多 。图 3 用扫描电镜观察的试验钢组织a) 不含 Mo ; b) 含 0120 %Mo ; c) 含 0141 %MoM2A 组织数量增多 。因此 , 钢中加入 0120 %以4分析与讨论上的钼时 , 可充分抑制先共析铁素体析出 , 促进针状铁素体和贝氏体形成 , 钢的强度也随之增 加 , 但由于 M2A 组织的出现 , 使钢的韧性降低 。钼使 C 曲线的珠光体转变右移 , 抑制先共析铁素体的形成 , 但对贝氏体转变的推迟作用较 小 , 同时使珠光体最大转变速度的温度升高 , 贝氏体最大转变速度的温度降低 , 从

13、而把珠光体转 变和贝氏体转变的 C 曲线明显分开 , 使得在相同冷却条件下更易发生贝氏体转变2 。随 钼 含量增加 , 推迟先共析铁素体转变的作用增强 。 奥氏体向先共析铁素体的转变 , 属于扩散型转变 。含钼钢中 , 随着钼含量的增加 , 碳在奥氏 体中的扩散激活能增高 , 从而使碳的扩散系数降5结论(1) 低 C2M n2N b 系管线钢中 , 加入 0110 %Mo 与不含 Mo 的同系列钢的组织变化不大 , 仍以先共析铁素体为主 , 只有极少量针状铁素体 。(2) 随钢中 Mo 含量增加 , 针状铁素体量增 加 , 同时开始出现贝氏体束和 M2A 组织 。(3) 试验钢的屈服强度 、抗

14、拉强度均随 Mo 含量增加而提高 , 而抗拉强度的提高幅度要高于 屈服强度 , 屈强比随 Mo 的加入而降低 。(4) 低 C2M n2N b 系 X80 管线钢中 , 若加入0120 %的 Mo , 可显著提高钢的抗拉强度 , 屈服 强度也有提高 , 但由于 M2A 组织出现 , 冲击韧性有所下降 , 进一步提高 Mo 的含量 , M2A 组织 增多 , 强度提高趋缓 , 韧性损失加大 。低2。同时 , 钼能降低碳化物形成元素如 N b 等的扩散能力 , 从而阻碍碳化物形成 , 推迟碳化物析出过程3 。因此 , 含钼钢中 , Mo 强烈阻碍先共析铁素体的析出和长大过程 ,亚结构的针状铁素体的

15、形成4 ;促进高密度位错另外 , 钼在含 N b 钢中能提高 N b ( C 、N )在奥氏体中的溶度积 , 使大量的 N b 保持在固溶 体中 , 以便在低温转变的铁素体中弥散析出 , 产 生较高的沉淀强化效果 。钼在钢中能增加碳化物 的形核 位 置 , 使 形 成 的 碳 化 物 更 多 更 细 小5 , 因此 , 含钼钢比不含钼钢有较 高 的 强 度 , 并 且 R t0 . 5 随钼加入量的增加而提高 。钼不但抑制先共析铁素体的形成 , 延长铁素 体形核的孕育期 , 而且降低铁素体晶粒的长大速 率 , 当钢中添加 0110 %钼时 , 奥氏体转变后形 成的铁素体晶粒比不含钼的钢更细小

16、。钢中钼的 含量 增 至 0120 %时 , 针 状 铁 素 体 量 明 显 增 多 , 组 织 以 针 状 铁 素 体 为 主 。钢 中 钼 含 量 达 到0130 %时 , 可 见 明 显 的 贝 氏 体 束 和 M2A 组 织 。 当钼含量增至 0141 %时 , 因 014 %的钼能显著降 低 M s 点 , 故使得钢中残余奥氏体的数量增加 ,参考文献 :1刘 永 铨. 钢 的 热 处 理 M .1987 . 1041北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 ,北京 : 冶金工业出版社. 19881252章守华. 合金钢 M .- 3013 Perelo ma E. V , Ba yley C , Boyd J . D. Micro st ruct ural evolu2 tio n during Simulated OL AC p roccssing of a low2carbo n microal2 loyed steel J . Materials Science and En gineering. 1996 , A216 : 16 - 24 .4 Coldren A. P , et al . . Mol ybdenum Co ntaining St