低碳Si-Mn系TRIP钢的热处理工艺对组织的影响 - 图文-

1、表145钢RE-N-C-B共渗后渗层的残余应力Table1The residual stress of la y er on45steel w it h RE-N-C-B d iff usion p rocess距表面距离/!m残余应力/M Pa0-34350-317基体02.4讨论金属的疲劳过程是晶体往复滑移的过程,试验表明,45钢经稀土氮碳硼共渗处理后,表面硬度提高且形成残余压应力。表面强度的提高阻碍了位错的运动,使金属表面难以形成驻留滑移带、挤出脊、侵入沟,推迟了疲劳裂纹的形成6。裂纹优先沿晶界与相界扩展,渗入钢中的部分稀土原子引起氮、碳原子在其周围偏聚、析出,减少晶界与相界处的氮、碳化

2、合物,净化了晶界与相界,提高晶界与相界的强度5,减少了裂纹源。文献5研究表明:渗入钢表面的稀土原子具有碎化碳化物的作用,使渗层组织细化。渗层中析出的细小颗粒状碳化物对位错的运动起着阻碍作用,降低裂纹扩展速率,提高钢的疲劳强度。另外,45钢经稀土氮碳硼共渗处理后表面产生残余压应力,旋转弯曲时使试样表面层总应力降低,因而提高45钢的疲劳极限。3结论(1稀土氮碳硼共渗处理后,45钢疲劳强度显著提高,稀土氮碳硼共渗试样的疲劳极限是正火态试样的1.5倍。(2表面硬度的提高、渗层组织的细化以及表面形成残余压应力是稀土氮碳硼共渗处理能够改善钢疲劳性能的主要机制。参考文献:1吕振家.稀土在钢中的应用M.北京:

3、冶金工业出版社,1986.2刘志儒,程先华.稀土元素对碳氮共渗过程中渗层浓度的影响J.金属科学与工艺,1986,(3:13.3Pom p etzki M A,T o pp er T,D u g uesna y D L.T he eff ect o f p res-s ive under loads and tens ile overloads on f ati g ue da m a g e accu m ula-tion i n SAe1045stee lJ.I nt J F ati g ue,1990,(12:207.4魏建锋,郑修麟.热处理和预应变对45钢疲劳性能影响的定量研究J.金属热

4、处理学报,1998,19(3:22.5王赫莹.稀土N-0-B共渗工艺的研究D.沈阳:沈阳工业大学,1991.6张宏,唐亚新,余承业.激光冲击处理对2024铝合金疲劳性能的影响J.金属热处理学报,1999,20(2:57.低碳s i-M n系TRI P钢的热处理工艺对组织的影响邹宏辉1,符仁钰2,李麟2,朱晓东3(1.上海交通大学材料学院,上海200030;2.上海大学材料科学与工程学院,上海200072;3.宝钢研究院,上海201900摘要:低碳S i-M n系TR I P钢有着复杂的显微组织,主要由多边形铁素体(F+无碳贝氏体(B+残留奥氏体(AR组成。本试验采用了彩色金相法,并结合x-ra

5、 y衍射、SeM和TeM等手段研究了低碳S i-M n系TR I P 钢显微组织与工艺的关系,发现随着两相区退火温度的升高,最终显微组织中铁素体基体体积分数变小,并且贝氏体量增多,残留奥氏体的稳定性呈起伏式变化;在贝氏体转变区的等温温度过高或过低,均使最终显微组织中残留奥氏体体积分数减少;在贝氏体转变区等温时,所形成贝氏体表现出粒状的特征。关键词:相变诱发塑性TR I P钢;粒状贝氏体;残留奥氏体;彩色金相中图分类号:TG156文献标识码:A文章编号:0254-6051(200301-0059-04E ffect of h eat T reat m ent T echno lo gy on M

6、 icrostruct ure ofLow C arbon s i-M n TR IP s teelZ0Uon g-hui1,FU R en-y u2,L I L i n2,ZU x iao-don g3(1.S choo l o f M aterials S cience and e n g i neeri n g,S han g hai Jiaoton g U ni versit y,S han g hai200030,Chi na;2.S choo l o f M aterials S cience and e n g i neeri n g,S han g hai U ni versi

7、t y,S han g hai200072,Chi na;3.B aoshan Iron&S teel C or p oration R&D C enter,S han g hai201900,Chi naAbstract:S i-M n TR I P steel has a m ulti-p hase m icrostruct ure,which is m ai nl y com p osed o f f errite,bai nite and re-tai ned austenite.T he relationshi p bet w een heat treat m ent

8、 p rocess and m icrostruct ure o f t he steel w as i nvesti g ated b y m eans o f ti nt etchi n g m et hod,to g et her w it h x-ra y diffraction,SeMand TeM m et hod i n t his p a p er.T he re-95金属热处理2003年第28卷第1期sults shoW t hat i n t he i ntercritical p hase re g ions ,W it h t he anneali n g te m p

9、 erat ure risi n g ,t he vo l u m e p ercenta g e o ft he f errite m atri x reduces ,t he bai nite i ncreases and t he stabilit y o f retai ned austenite fluct uates.I n t he bai nite transf or m ation ran g e ,if isot her m al te m p erat ure is eit her over-hi g h or over-loW ,t he vo lu m e p erc

10、enta g e o f t he re-tai ned austenite W ill be reduced and t he bai nite is p rovi ded W it h g ranular m or p ho lo gy .K e y words :transf or m ation i nduced p lasticit y (TR I P steel ;g ranular bai nite ;retai ned austenite ;co lor m etallo g ra p h 作者简介:邹宏辉(1968,男,湖北人,工学硕士,在读博士生。联系电话:021-*,E

11、-m ail :hh-zou !etan g .com基金项目:国家自然科学基金(50171038;上海市汽车科技发展基金(3306A 。收稿日期:2002-04-151引言相变诱发塑性(TR I P 钢兼具良好强度与优良成形性而成为一种新型的汽车用钢。该钢具有低的屈服强度、良好的伸长率(!k !30%、高强度的特性("b 可达800M Pa 以上。其良好的力学性能源于其复杂的显微组织。低碳S i-M n 系TR I P 钢的显微组织主要由铁素体(F +贝氏体(B +残留奥氏体(A R 构成。TR I P 钢组织中保留着大量的残留奥氏体,在变形过程中,残留奥氏体向马氏体转变,可推迟裂

12、纹的萌生,改善成形性能。钢中较高的S i 含量,能抑制过冷奥氏体中碳化物的形成与析出,增加了过冷奥氏体的稳定性,保证了最终显微组织中残留奥氏体量及其稳定性1。本试验采用了彩色金相法,并结合X -ra y 衍射法、SEM 和TEM 等多种手段研究了低碳S i-M n 系TR I P 钢的显微组织与其热处理工艺参数的关系,并对钢中贝氏体特征进行了探讨。2试验方法两种钢锭的化学成分如表1所示,其中A c 1与A c 3温度由A ndre W s 经验公式2得出。经真空冶炼好的钢锭,先热轧,然后冷轧至1.0mm 的钢板,线切割成32mm >6.5mm 的尺寸。样品制成后,先于两相("+

13、#区退火5m i n ,然后迅速冷至贝氏体转变区等温5m i n ,退火与等温均在盐浴炉中进行。热处理后,将试样分别制成金相、X -ra y 衍射、SEM 和TEM 试样。彩色金相腐蚀液按苦味酸溶液(1g 干燥苦味酸溶于40mL 乙醇与偏重亚硫酸钠溶液(1g 偏重亚硫酸钠溶入80mL 蒸馏水以配比1i 1(体积比来配制,腐蚀时间为20s 。腐蚀后,多边形铁素体均呈蓝绿色,贝氏体团呈深棕色,残留奥氏体晶粒未被氧化,在光学显微镜下呈白色。用于SEM 观察的试样经抛光后浸入2%硝酸酒精中,腐蚀时间为10$15s 。将X -ra y 衍射试样用砂纸将试样表面的氧化膜去掉,采用C r K "射

14、线,利用(220#峰与(211"分别计算衍射峰积分强度,按直接对比法计算出残留奥氏体的体积分数;残奥中含碳量按公式a 0=3.573+0.033(W t %3来确定。同时采用金相照片计点的方法来确定显微组织各相的相对组成,每次选定20个视场。表1试验用钢板的化学成分(质量分数,%Table 1The che m ical com p osition ofsheets for testi n g (w t %试样C S i M n P S A c 1/C A c 3/C A B7417508468573试验结果与分析将原始组织为铁素体+珠光体的A 和B 试样钢板加热至("+#

15、两相区时,形成铁素体和奥氏体;随后在贝氏体转变区等温,过冷奥氏体一部分形成贝氏体,同时未转变的亚稳奥氏体得到稳定而保留在室温组织中,表2为A 钢板经TR I P 处理后显微组织中各相的相对组成随两相区退火温度的变化(均在400C 等温5m i n 。发现经热处理后,铁素体的体积分数随退火温度升高而下降,贝氏体量则随退火温度的升高而上升,残留奥氏体量波动相对较小。X -ra y 衍射分析、计算结果表明,A 钢板中残留奥氏体的碳含量经780C 退火后最低,较760C 和800C 退火后稳定性低。其原因是,在760C 退火时,钢板在两相区中所形成的铁素体比例较大,奥氏体中所聚集的碳含量高,过冷奥氏体

16、的贝氏体转变“C ”曲线右移4,在规定等温时间内所形成的贝氏体量少;另外,在800C 退火时,形成的奥氏体多而稳定性较差,但在贝氏体转变区等温时,所形成的贝氏体量较多,从而使未转变的过冷奥氏体富碳并趋于稳定。图1为B 钢板经TR I P 处理后组织中各相相对含量随两相区退火温度升高而变化的趋势(均在400C 等温5m i n ,各相体积分数的变化趋势基本上与A 钢板的相同。图2为A 钢板分别于760C (图2a 、780C (图2b 、800C (图2c 两相区退火5m i n ,并经400C 等温5m i n 后显微组织的彩色金相照片(因制版原因,以黑白单色加注刊6金属热处理2003年第28

17、卷第1期表2A钢板显微组织中各相的相对组成与两相区退火温度的关系Table2The relationshi p bet w een relative I uantit yof t he p hases and anneali n g te m p erature i n sheet A退火温度/C760780800图1B钢板中各相相对组成与两相区退火温度的关系F i g.1T he re lationsh i p bet w een re lative C uantit y o ft he p hases and anneali n g te m p erature i n sheet B出。

18、随着两相区退火温度的升高,铁素体基体的晶粒变小,并由连续变为不连续,而深棕色的贝氏体团的面积增大。图3a为在780C退火5m i n+400C等温5m i n条件下A钢板显微组织照片;在扫描电镜(SEM下,可观察出彩色金相中的棕色贝氏体小团大多为铁素体+奥氏体小岛,具有粒状贝氏体特征;图3b为在800C退火5m i n+400C等温5m i n条件下A钢板显微组织的SEM图。在图3b中,可以观察到两种典型的粒状贝氏体铁素体形态,即大量的块状铁素体与少量条状的铁素体5,条状铁素体间为残留奥氏体,前者在奥氏体晶内和晶界同时形核,后者多在原奥氏体晶界形核。图4为A钢板经780C退火5m i n+40

19、0C等温5m i n处理后显微组织的TEM分析。图4a为明场;图4b为残留奥氏体暗场像,其中白亮处为残留奥氏体;图4c为衍射花样,入射电子束图2A钢板退火后显微组织彩色金相图>1250 F i g.2T he co lor m etallo g ra p h o f sheet A after anneali n g>1250图3A钢板组织SEM图F i g.3T he SEMo f sheet AK!112!011",其中(220!(200"、(111! (011"。TEM分析表明,残留奥氏体的形态与分布有两种:#以团状的形式存在;$以薄膜的形式存在

20、于平行的铁素体条之间。由于钢中S i含量较高,铁素体条中和残留奥氏体中均无碳化物析出,等温冷却后,岛状残留奥氏体保留至室温,亦称为无碳贝氏体6。表3为B钢板经780C退火5m i n,组织中残留奥氏体量随等温温度的变化趋势,残留奥氏体体积分数在400C等温时有最大值,这是由于400C靠近贝氏体转变曲线的鼻尖温度,贝氏体转变的孕育期短,因而形成速度较快,可有效地稳定过冷奥氏体。等温温度较高时,形成贝氏体量减少,同时由于冷速较慢,退火冷却过程中易析出铁素体,最终显微组织中残留奥氏体量少而稳定。等温温度较低时,贝氏体铁素体中碳原子过饱和程度增加7,并且过冷奥氏体有可能转变为含有过饱和碳原子的马氏体,

21、残留奥氏体量少而稳定性差2。16金属热处理2003年第28卷第1期2!"C r-1M o-!"V 钢板热处理工艺试验党兆凯,杨成恩,薛巍,张建晓,王浩影(兰州兰石机械设备有限责任公司炼化设备公司,甘肃兰州730050摘要:介绍了对2!"C r-1m o -!"V 钢板进行的热处理工艺试验以及对试验钢板的力学性能试验结果,在此基础上得出了该钢种合理的热处理工艺规范。关键词:正火(水冷+回火;模拟焊后热处理;力学性能中图分类号:Tg 162.2文献标识码:B文章编号:0254-6051(2002 01-0062-03图4A 钢板的TEm 分析F i g .4

22、T he TEmanal y s is o f t he m icrostructure i n sheet A表3B 钢板中残留奥氏体量与等温温度的关系T eble 3The relationshi p bet w een vo lu m e p ercenta g e ofretai ned austenite and iso t her m al te m p erature i n sheet B等温温度/C 370400430460A R 体积分数(%4.912.778.14结论(1对于低碳s i-m n 系TR I P 钢,当等温温度、等温时间一定时,随着两相区退火温度的升高,最终

23、显微组织中贝氏体体积分数增大,铁素体量减少,残留奥氏体的体积分数波动较小,并且,残留奥氏体中碳含量随两相区退火温度波动。(2在贝氏体转变区等温温度较高时,形成贝氏体的孕育期变长,且由于退火后冷速较慢,易析出铁素体,最终显微组织中残留奥氏体量较少而稳定。等温温度较低时,贝氏体形成的孕育期同样较长,并且所形成的贝氏体铁素体中碳原子过饱和程度增加,甚至会形成马氏体;此时,残留奥氏体量少而稳定性差。在400C 等温时,有最快的贝氏体形成速度,可有效地稳定过冷奥氏体。(3低碳s i-m n 系TR I P 钢中所形成的贝氏体在等温时表现出粒状特征,冷至室温后以无碳贝氏体的形式存在;同时,最终显微组织中残

24、留奥氏体体积分数及其稳定性与贝氏体量有着密切关系。5研究的实际应用相变诱发塑性(TR I P 钢广泛应用于汽车制造业的零件生产中,工业大批量生产TR I P 钢板一般采用控轧控冷、连续退火工艺。通过对冷轧TR I P 钢板的热处理工艺参数与其显微组织关系的研究,可以摸清两相区退火温度、贝氏体转变区等温温度对显微组织的影响机理,从而为制定和优化TR I P 钢的热轧生产工艺参数提供依据;同时,本试验中所摸索出的彩色金相法为研究低碳s i-m n 系TR I P 钢的显微组织提供了有效的研究手段。参考文献:1Y asuharu s aku m a ,D avi d K m atlock ,G eo

25、r g e K rauss.I ntercriticall yA nnealed and Isot her m all y T ransf or m ed 0.15P ct C s tee ls C ontai n-i n g 1.2P ct s i-1.5P ct m n and 4P ct n i :Part I .T ransf or m ation ,m icrostructure and Room -T e m p erature m echan ical P ro p erties J .m etallur g ical T ransaction A ,1992,23A :1221

26、-1232.2Y asuharu s aku m a ,D avi d K.m atlock ,and G eor g e K rauss.I ntercrit-icall y A nnealed and Isot her m all y T ransf or m ed 0.15P ct C s tee lsC ontai n i n g 1.2P ct s i-1.5P ct m n and 4P ct n i :Part #.E ff ect o f T esti n g T e m p erature on s tress-s trai n b ehavior andD ef or m

27、ation-i n-duced A usten ite T ransf or m ation J .m etallur g ical T ransaction A ,1992,23A :1233-1239.3R i d le y n ,s tuart ,Zw e ll L.L attice p ara m eter o f F e-C austen ite atroomte m p erature J .T rans.Tm s -A I m E ,1969,245:1834-1836.4林慧国,傅代直.钢的奥氏体转变曲线m .北京:机械工业出版社,1988:69.5徐祖耀,刘世楷.贝氏体相变与贝氏体m .北京:科学出版社,1995:49-50.6徐祖耀,刘世楷.贝氏体相变与贝氏体m .北京:科学出版社,1995:212.7方鸿生,王家军,等.贝氏体相变m .北京:科学出版社,1999:153-165.26金属热处理2003年第28卷第1期 低碳Si-Mn系TRIP钢