低碳贝氏体钢中终冷温度对其组织和性能的影响检测方案(共聚焦显微镜)

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终冷温度对低碳贝氏体钢组织和性能的影响 李静宇， 韦 弦. 于爱民， 孙 斌.V9 赵贤平 (安阳钢铁股份有限公司技术中心，河南安阳455004) 摘 要：不同终冷温度对低碳贝氏体钢的力学性能有较大影响，金相分析的结果表明其组织的差异导致了力学性能的不同，并简单分析了组织对性能的影响机理。 关键词：低碳贝氏体钢；终冷温度；组织；性能 中图分类号：TG113.1 文献标识码：A 文章编号：1001-0777(2008)06-0013-03 Effect of Final Cooling Temperature on Microstructure andProperty of Lowcarbon Bainitic Steel LI Jing yu，WEI Xian. YU Aimin.1， SUN Bin. ZHAO Xianping (Technical Center of A nyang Iron & Steel Sto ck Co. Ltd， Anyang 455004， H enan， China) Abstract： Various final cooling temperatures have influence upon mechanical properties of low carbon bainitic steel.The result of metallographical analysis show ed that differences of their microstructures resulted in different mechani-cal properties. The mechanism of the effect of microstructure on propert ies was simply analyzed， too. Key words： low-carbon bainitic steel； final cooling temperature； microstructure； propert y 中国在开展新一代钢铁材料重点基础研究项目中，要求钢板在维持较低成本增长的同时性能要得到大幅度的提高。长期以来，通过对传统钢种的深入研究，采用控轧控冷等措施，铁素体珠光体钢(包括微合金钢)的晶粒尺寸已接近10 1m的极限值，潜力已得到了较好的发挥。研究表明，当把钢中的碳含量降低到010%以下时，冷却后得到的贝氏体有很高的位错密度，板条之间没有脆性的碳化物，强度高又没有脆性，具有很高的综合性能。目前，具有高强度、高韧性和焊接性能优良的低碳贝氏体钢，已成为与传统的铁素体+珠光体钢、马氏体淬火回火钢并列的一大新钢类。 自2006年开始，安阳钢铁公司在150 t转炉3500 mm 炉卷轧机生产线上采用 TMCP工艺成功 研制开发了700 MPa 级低碳贝氏体钢AH70DB， 其力学性能达到并超过标准YB/T 4137-2005低焊接裂纹敏感性高强度钢板中的Q550CF，- 60℃V型缺口夏比冲击功在200J以上。现在已广泛应用在国内的工程机械领域尤其是煤机制造行业，市场占有率不断扩大，并正在推广其在船舶、桥梁和石油储油罐用钢领域的应用。采用 TMCP工艺生产AH70DB，轧后加速冷却工艺至关重要。文章通过不同终冷条件下钢板的显微组织，进而探讨其对性能的影响机理。 1 化学成分 安钢开发 AH70DB钢的化学成分(质量分数，%)见表1。 表1 AH70DB 的化学成分 Table 1 Chemical constitution of AH70DB % 元素 C Si Mn P Cu、Cr、Mo、Ni、B、Ti、Nb 含量 ≤0.09 ≤0.5 1.4~ 1.8 ≤0.02 ≤0.01 适量 2 金相观察 笔者选取3个典型试样的拉伸残样经切割、磨 制和抛光后，用4%硝酸酒精溶液腐蚀后在 ZEISS显微镜下进行组织观察。另外，用 Lipero 染色剂腐蚀后进行MA岛的观察。 试样1中以粒状组织(GSF)和准多边形铁素体为主，粒状贝氏体很少， MA 岛数量较少，尺寸较大，分布不均匀，主要存在于晶粒边缘，少量在晶粒内部(图1，图2)。 试样2中组织主要为粒状贝氏体(GBF)和少量的粒状组织，还有少量铁素体。原奥氏体晶界明显，细小颗粒状MA岛均匀分布在基体上(图3，图4)。 试样3中组织以粒状贝氏体和板条贝氏体(LBF)为主，以及少量的粒状组织，极少有铁素体。其铁素体基体板条特征明显，具有明显的原奥氏体晶界(图5，图6)。 图1 试样1的显微组织 Fig.1 Microstructure in sample 1 图2 试样1的MA岛形态 Fig.2 Morphologies of MA in sample 1 图3 试样2的显微组织 Fig. 3 Microstructure in sample 2 图4 试样2的MA岛形态 Fig. 4 Morphologies of MA in sample 2 图5 试样3的显微组织 Fig. 5 Microstructure in sample 3 图6 试样3的MA岛形态 Fig. 6 Morphologies of MA in sample 3 3 试样的工艺参数与力学性能 选取的3个AH70DB试样钢板轧制时的粗轧累计压下率>40%，未再结晶区轧制累计压下率>50%，终轧温度控制在780~820℃，轧后采用层流冷却。在轧制工艺控制稳定的情况下，3个试样的冷却制度有明显差异，其终冷温度与力学性能见表 2. 表2 工艺参数与力学性能 Table2 Processing parameter & mechanical properties 编号 终冷温度/℃ R/MPa Rm/MPa R/Rm A/% 1 560 515 665 077 20 2 500 615 715 086 18 3 <400 720 815 088 14 标准要求 ≥550 ≥670 ≤090 ≥16 从表2可以看出，3个试样的屈服强度、抗拉强度和伸长率均有较大差异。试样1的延伸率较高，但强度低于标准要求；试样3强度偏高，延伸率却较差，低于标准要求；试样2强度和塑性均超过标准要求，综合性能优良。 4分析 AH70DB钢中由于添加了Mo、B等阻止铁素体转变的元素，所以在冷却速度不高的情况下就能够得到较高含量的贝氏体组织。试样1由于终冷温度较高，刚好处于奥氏体向粒状组织转变的温度区域，组织中出现较高含量的粗大粒状组织。粒状贝氏体的转变温度区间为450~550℃，试验2的终冷温度恰好落在该区间中部，其组织主要以粒状贝氏体为主。试样3终冷温度较低，板条贝氏体是其组织的主要组成。在实际生产中终冷温度若超过530 ℃，屈服强度往往会低于标准要求，而低于470℃时则经常会出现延伸率不合的情况。 粒状组织形成温度较高，相变过程中扩散比较充分，使得相变后的铁素体晶粒尺寸较大且其中的碳含量接近于平衡含量，同时富碳的残余奥氏体尺寸较大且碳及合金元素富集程度较高，导致形成的MA岛中含有较多的奥氏体相。有研究表明：在不同终冷温度下，超低碳微合金钢中MA岛中的M和A的相比例有明显不同，低于400℃，M为约60%；400~600℃之间M约占40%；高于600℃，M约为30%。而粒状贝氏体和板条贝氏体转变温度较低，形成的MA岛比较细小，其中的铁素体板条中的碳含量高而且继承了奥氏体在未再结晶区轧制时累积的位错。综上所述，可以得出如表3的结论。 表33低碳贝氏体钢的组织特征 Table 3Microstructure character of low carbon bainitic steel 组织类型 相变温度 扩散程度 晶粒尺寸 固溶碳含量 MA分布 MA岛中相比例 GSF 贝氏体转变区域上部 充分 较大 接近平衡含量 尺寸大，分布于晶界 A相比例较高 GBF 中部 不充分 小 过饱和 细小颗粒，铁素体板条间 A较低 LBF 下部 不充分 很小 过饱和 细片状，铁素体板条间 A较低 钢中MA岛的强化作用已公认，若从MA岛的形成过程看，由于尺寸较大不可能存在析出硬化效应。而且 Bush 的试验亦证明，钢的强度与MA岛的体积分数V之间呈线性关系。据此认为 MA 岛在钢中以双相强化方式增加钢的强度，它们近似服从混合定则 式中，Rr为F 基体强度； RMA为MA岛的强度；V为MA岛的平均体积分数。 显然，MA岛在钢中强化作用的大小取决于岛的数量及其本身强度。 铁素体强度贡献主要来自于碳的固溶强化、晶粒的细化强化和位错强化，而MA岛强度取决于固 GSF 的主要强化因素是 MA 岛强化， GBF 中MA岛强度与基体强度相近，因此MA岛岛GBF 屈服强度贵献不大，而对 GBF 起主要作用的是基体强化(碳的固溶强化和亚晶强化)，这是 GBF 比 GSF屈服强度高的主要原因2. 由以上分析可知，试样1中铁素体晶粒粗大，相变时的充分扩散使得铁素体晶粒内的碳含量与位错密度均较低，同时MA岛中的马氏体相比例较高造成的残余应力也会造成屈服强度下降3，两者共同作用导致试样1的屈服强度偏低。试样2和3中由于铁素体晶粒细化、碳过饱和程度的加强以及继承的位错密度较高，加上MA岛中马氏体比例的降低，使得其屈服强度相应增高。上面提到的影响因 素对抗拉强度也有基本相同的影响，不同的是MA岛中的马氏体相比例较高对抗拉强度的提高是有利的。 对屈服强度和抗拉强度的影响程度的不同也造成试样1的屈强比较低，而试样2和试样3的屈强比稍高。伸长率的影响因素比较复杂，但与抗拉强度的关系可基本归结成简单的反比关系。 针对不同的强塑性要求，可以通过控制不同的终冷温度来满足。对于 AH70DB钢来说，终冷温度应控制在470~530℃范围内，组织目标为粒状贝氏体。 5 结论 (1)由于终冷温度的不同使得最终产品组织存在明显不同，这种组织差异直接导致产品的各项力 学性能产生比较大的差异。 (2)随终冷温度提高，钢板中板条贝氏体、粒状贝氏体比例减少，而粒状组织和准多变形铁素体含量增加。 (3)700MPa级低碳贝氏体钢的组织控制目标应以粒状贝氏体为主。 (4)ＴMCP工艺生产低碳贝氏体钢时，终冷温度可控范围窄，对控冷工艺制度的精度要求较高。 ( 参考文献： ) ( 1 刘守显摘译.X70管线钢的轧制工艺和显微组织及低温韧性 [J].武钢技术，2006，44(1)：57. ) ( 21 张明星.粒状组织和粒状贝氏体强韧化机理的研究[J].兵器材 料科学和工程，1992，44(6)：27. ) ( [3] 高玉芳.MA组织对拉伸和冲击性能的影响[J].理化检验物 理分册，2000，44(10)：442. ) 作者简介：李静宇(，男，大学本科，工程师； E mail：agljy com； 修订日期： China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net ◎ China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 不同终冷温度对低碳贝氏体钢的力学性能有较大影响, 金相分析的结果表明其组织的差异导致了力学性能的不同, 并简单分析了组织对性能的影响机理。