Nb含量對(duì)低碳微合金鋼熱處理組織與性能的影響_圖文

1、文章編號(hào):1671-7872(200702-0134-03Nb含量對(duì)低碳微合金鋼熱處理組織與性能的影響萬(wàn)榮春,趙星明,斯松華,袁曉敏(安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院#安徽馬鞍山243002摘要!設(shè)計(jì)了3種含鋸量不同的微合金試驗(yàn)鋼,采用熱處理模擬方法研究了900!奧氏體化550!等溫處理后試驗(yàn)鋼的組織、性能及第二相粒子的析出行為。結(jié)果表明,低鋸鋼熱處理后組織為多邊形鐵素體加少量板條貝氏體鐵素體加極少量珠光體,隨著鋸含量增加,試驗(yàn)鋼組織中板條貝氏體鐵素體含量明顯增加,且組織細(xì)化;同時(shí)隨著鋸含量的增加強(qiáng)度提高,中高鋸試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)400MPa,且屈強(qiáng)比較J(<0.8。3種試驗(yàn)鋼中均有鋸的

2、碳氮化物粒子析出,但析出量較少。關(guān)鍵詞!鋸微合金鋼;熱處理;板條貝氏體鐵素體中圖分類號(hào)!Tg113.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AEffect of Nb Content on Miclostluctule and Plopelties of LowCalbon MicloaIIoyed SteeI by Heat TleatmentWAN Rong-chun,ZHAO Xing-ming,SI Song-hua,YUAN Xiao-min (SchooI of MateliaI Science and Engineeling,Anhui Univelsity of TechnoIogy,Ma'a

3、nshan243002,ChinaKey words:Nb-micloaIIoyed steeI;heat tleatment;Iath bainitic fellite引言低碳微合金高強(qiáng)度鋼是目前高強(qiáng)度鋼材研究的熱點(diǎn)之一。低碳鋼通過(guò)單獨(dú)或復(fù)合加入微量合金化元素Nb,V或Ti達(dá)到晶粒細(xì)化,提高力學(xué)性能的目的。其中Nb在鋼中能顯著提高奧氏體的粗化溫度和再結(jié)晶溫度,具有細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化的作用,是提高材料強(qiáng)韌性最為有效的合金元素之一1,2。同時(shí),Nb的加入還能使鋼實(shí)現(xiàn)高溫軋制。并且Nb的價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定(相對(duì)于V與Ti低廉,讓Nb更具有經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力3。因此鋸微合金化鋼的研究具有重要意義。設(shè)計(jì)了3種含

4、鋸量不同的微合金試驗(yàn)鋼,并參照實(shí)際軋制過(guò)程中高溫固溶、終軋溫度及卷曲溫度等關(guān)鍵溫度參數(shù),采用熱處理模擬方法研究了試驗(yàn)鋼組織與性能及第二相粒子的析出行為。1實(shí)驗(yàn)材料及方法為了對(duì)比分析,將SPHC鋼在相同條件下進(jìn)行試驗(yàn),表1為SPHC鋼和3種含鋸試驗(yàn)鋼的實(shí)際成份。3種含鋸試驗(yàn)鋼由低鋸到高鋸的順序標(biāo)定為Nb1,Nb2,Nb3。!收稿日期!2006-09-25作者簡(jiǎn)介!萬(wàn)榮春!1981-"#男#浙江衢州人#碩士生$第2期 !將試驗(yàn)鋼圓柱錠在箱式爐中加熱,溫度為1150!1250",在560kg 的空氣錘上進(jìn)行鍛壓變形,鍛成寬120mm ,厚8mm 的試驗(yàn)鋼鋼板。將鍛壓后的鋼板試樣加

5、熱至1230"保溫25min ,鹽浴淬火進(jìn)行固溶處理。然后將試樣加熱至900"奧氏體化5min ,迅速分別放入550"硝鹽浴保溫10min ,空冷。熱處理工藝如圖1。在熱處理后的鋼板上割取金相試樣,經(jīng)研磨,拋光,腐蝕,利用光學(xué)顯微鏡對(duì)試樣顯微組織進(jìn)行觀察。另取試樣,經(jīng)研磨,仲片,減薄制取透射試樣,利用透射電鏡觀察試樣的精細(xì)組織與粒子析出情況。用網(wǎng)格法4對(duì)試樣進(jìn)行組織中鐵素體含量測(cè)定。!實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析圖2所示為SPHC 鋼和3種含鋸試驗(yàn)鋼熱處理后的金相組織。圖2(a中,SPHC 鋼的組織為多邊形鐵素體加極少量珠光體。圖2(b中,Nb1的組織為多邊形鐵素體加少量板條狀

6、組織加極少量珠光體。Nb2的組織為多邊形鐵素體加板條狀組織加少量粒狀組織加極少量珠光體。但板條狀組織的含量明顯增多,如圖2(c所示。Nb3的組織為板條狀組織加粒狀組織加少量多邊形鐵素體加極少量珠光體,板條狀組織的含量大大增多且出現(xiàn)不少的粒狀組織(如圖2(d所示。利用網(wǎng)格法對(duì)試樣進(jìn)行組織中鐵素體含量的測(cè)定,結(jié)果如圖3?？梢?jiàn)隨著鋸含量增加鐵素體含量減少。圖4所示為3種含鋸試驗(yàn)鋼透射電鏡組織形貌。從圖4(a可以看出,Nb1中組織形貌特征為平行分布的板條鐵素體片層結(jié)構(gòu)。圖4(b所示為Nb2中板條狀組織的透射電鏡下形貌。典型的低碳板條貝氏體鐵素體是由過(guò)飽和的板條狀鐵素體和其間隙中斷斷續(xù)續(xù)分布著的細(xì)條狀碳

7、化物組成,其中鐵素體一般在!晶界形核。根據(jù)文獻(xiàn)5-7可以確定這里的板條狀組織就是板條貝氏體鐵素體,透射電鏡組織形貌也進(jìn)一步證明這種板條組織為板條貝氏體鐵素體。從圖4(c可看出,Nb3中粒狀組織形貌特征是板條束鐵素體基體上彌撒分布有馬氏體/奧氏體小島,且小島呈不規(guī)則形狀,無(wú)規(guī)則地分布在無(wú)規(guī)則形狀的鐵素體基體上7。0.0950.1011.3300.0170.0060.0970.0100.3160.251表1試驗(yàn)用鋼的實(shí)際成份(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%萬(wàn)榮春等:Nb 含量對(duì)低碳微合金鋼熱處理組織與性能的影響135!安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)"#$%年 !圖5為3種含鋸試驗(yàn)鋼的第二相粒子析出形貌,可以看到等溫階段

8、在試驗(yàn)鋼中析出的細(xì)小方形碳氮化物粒子尺寸在幾十到100多nm 。圖5(a為ND1中板條組織內(nèi)的析出。圖5(D為ND2中多邊形鐵素體組織內(nèi)析出。圖5(c為ND3中多邊形鐵素體組織內(nèi)析出。在3種試驗(yàn)鋼中碳氮化物的尺寸多數(shù)為40nm 左右,ND3中有100nm 左右的大粒子析出,如圖5(c所示。3種試驗(yàn)鋼均析出較少,且不同含鋸量影響不大。表2所示的是熱處理后3種含鋸試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能結(jié)果?？梢钥闯?3種含鋸試驗(yàn)鋼在550!等溫條件下隨著含鋸量增加,強(qiáng)度提高,而延伸率有所下降,但下降不大。中高鋸鋼!S >400Mpa ,且3種含鋸試驗(yàn)鋼均有較低的屈強(qiáng)比(<0.8。表!熱處理工藝下"

9、種試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能4245490.77230.3132!在轉(zhuǎn)變溫度下,當(dāng)奧氏體中有大量的ND 固溶,固溶鋸?fù)ǔ?duì)連續(xù)冷卻過(guò)程中的CCT 曲線與隨后的相變有重要的影響。微量鋸與碳、氮形成鋸的碳氮析出物,在奧氏體化中,原先固溶鋸形成的這類化合物在奧氏體內(nèi)和晶界析出,這些鋸的碳氮析出物會(huì)推遲鐵素體相轉(zhuǎn)變,促進(jìn)貝氏體鐵素體形成。結(jié)果是轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度降低,獲得非多邊形鐵素體組織的可能性更高,在高的冷速下更是如此。己有的研究表明,溶質(zhì)ND 改變的不僅是轉(zhuǎn)變溫度,淬透性提高也意味著對(duì)相同的一般性條件,尤其在高的冷速下,ND 鋼將有更多量的低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,如針狀鐵素體、WidmanStatten 鐵素體和貝氏體型

10、鐵素體。在較高鋸含量的條件下,鋸更有效地阻止鐵素體相轉(zhuǎn)變和促進(jìn)更高體積分?jǐn)?shù)貝氏體鐵素體的形成及在鐵素體中鋸的碳氮化物析出,從而進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度8。對(duì)比含鋸鋼和SpHC 表明鋸可以明顯促進(jìn)貝氏體鐵素體轉(zhuǎn)變,對(duì)比含鋸鋼,隨含鋸量的增加貝氏體鐵素體也明顯增加。由于貝氏體鐵素體相對(duì)于鐵素體有更高的強(qiáng)度,貝氏體鐵素體含量的增加使含鋸鋼隨著含鋸量增加強(qiáng)度提高而延伸率下降不大,貝氏體鐵素體與鐵素體雙相共存使含鋸鋼有較低的屈強(qiáng)比(<0.8。從表2可以看出ND3中高鋸含量并沒(méi)有帶來(lái)高的性能,因?yàn)殡S著C 含量的增加ND 在鋼中的固溶量降低,ND3中C 含量為0.095"。高的C 含量使ND 在固

11、溶階段固溶不完全,這一點(diǎn)可以從圖5(c中有大的析出物看出。C 含量高使奧氏體中鋸的溶解度下降,無(wú)法更有效促進(jìn)在鐵素體中鋸的碳氮化物析出。這正是ND2和ND3力學(xué)性能相近的原因,也反過(guò)來(lái)說(shuō)明ND3中有大的析出物和少量小的析出物的原因。"結(jié)論(1試驗(yàn)鋼在550!等溫后,含鋸試驗(yàn)鋼與SpHC 鋼組織有明顯變化,低鋸鋼熱處理后組織為多邊形鐵素體加少量貝氏體鐵素體,隨著鋸含量增加試驗(yàn)鋼組織中貝氏體鐵素體含量明顯增加,且組織細(xì)化。(2含鋸試驗(yàn)鋼在550!等溫后,含鋸鋼中隨著鋸含量增加強(qiáng)度提高而延伸率卻有所下降,中高鋸試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)到400Mpa ,且屈強(qiáng)比小于0.8。(3含鋸試驗(yàn)鋼在550

12、!等溫后,有鋸的碳氮化物粒子析出,但析出均較少。參考文獻(xiàn)!1蔡愛(ài)國(guó).鋸釩微合金中碳鋼的微觀組織與強(qiáng)度的關(guān)系J.鋼鐵研究學(xué)報(bào),1996,8(2:35-39.2陳國(guó)安,楊王明,郭守真,等.低碳微量鋸鋼形變強(qiáng)化相變的組織演變J.金屬學(xué)報(bào),2004,40(10:1076-1084.3東濤,付俊巖.鋸/釩微合金化400Mpa !級(jí)鋼筋的生產(chǎn)技術(shù)J.中國(guó)冶金,2004(5:1-5.4孫業(yè)英.光學(xué)顯微分析M.北京:清華大學(xué)出版杜,2003:78-79.5翁宇慶.超細(xì)晶鋼-鋼的組織細(xì)化理論與控制技術(shù)M.北京:冶金工業(yè)出版杜,2003.6尚成嘉,胡良均,楊善武,等.低碳微合金鋼中針狀鐵素體的形成與控制J.金屬學(xué)

13、報(bào),2005,41(5:471-476.7方鴻生,王家軍,楊志剛,等.貝氏體相變M.北京:科學(xué)出版杜,1999:10-32.8付俊巖.ND 微合金化和含鋸鋼的發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步J.鋼鐵,2005,40(8:1-6.136 Nb含量對(duì)低碳微合金鋼熱處理組織與性能的影響作者:萬(wàn)榮春, 趙星明, 斯松華, 袁曉敏, WAN Rong-chun, ZHAO Xing-ming, SI Song-hua, YUAN Xiao-min作者單位:安徽工業(yè)大學(xué),材料科學(xué)與工程學(xué)院,安徽,馬鞍山,243002刊名:安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版英文刊名:JOURNAL OF ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE年,卷(期:2007,24(2被引用次數(shù):3次參考文獻(xiàn)(8條1.付俊巖Nb微合金化和含鈮鋼的發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步期刊論文-鋼鐵 2005(082.方鴻生;王家軍;楊志剛貝氏體相變 19993.尚成嘉;胡良均;楊善武低碳微合金鋼中針狀鐵索體的形成與控制期刊論文-金屬學(xué)報(bào) 2005(054.翁宇慶超細(xì)晶鋼-鋼的組織細(xì)化理論與控制技術(shù) 20035.孫業(yè)英光學(xué)顯微分析 200