鋼的相變組織與力學(xué)性能的對比研究

鋼的相變組織與力學(xué)性能的對比研究

在傳統(tǒng)的習(xí)慣中，貝氏體可分為上、下、粒、貝氏體、無碳貝氏體等。低碳貝氏體（ucb）鋼的碳含量降至0.05%（質(zhì)量比）以下，其組織形態(tài)屬于無碳貝氏體。貝氏體板條之間無滲碳體型碳化物,板條內(nèi)亦無這類碳化物析出,板條內(nèi)存在大量的位錯,而板條的邊界由位錯墻構(gòu)成,板條之間存在一些尺寸細小的殘留奧氏體及M/A島。20世紀90年代以來,日本及歐美等國對這類鋼的冷卻轉(zhuǎn)變組織進行了大量研究,但目前對于這類組織的生成機制至今未形成一致看法,仍存在有諸如形貌、形成溫度、各種組織的分類及定義等問題,對連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的研究目前仍側(cè)重于形態(tài)描述。由于冷卻速度的不同,實驗發(fā)現(xiàn),在ULCB鋼組織中,可出現(xiàn)多種不同形態(tài)的鐵素體和貝氏體,雖然這些組織由于形成過程不同,其形貌、亞結(jié)構(gòu)、位錯密度等均不盡相同,在實際生產(chǎn)中難以區(qū)分。處于較高溫度下相變生成的粒狀貝氏體和由較低溫度相變生成的板條貝氏體是ULCB鋼的主要組織,此次實驗應(yīng)用新開發(fā)600MPa級耐海洋大氣腐蝕鋼作原料,經(jīng)不同淬火溫度發(fā)生相變,對比研究相變組織的性能,為超低碳貝氏體生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)。1拉伸和沖擊試樣的深加工對控軋控冷工藝制成厚度為6mm的ULCB實驗鋼板線切割成厚度為3mm的兩組試樣,把試樣加熱至1200℃,保溫15min,再分別淬入580℃和450℃的鹽浴爐中,淬火10min,然后空冷至室溫,再把兩組進一步線切割成非標準的拉伸和沖擊試樣,為保證試樣的尺寸精度與測試的準確性,把拉伸和沖擊試樣上磨床進行精加工。實驗工藝如圖1所示,其化學(xué)成分如表1所示。在力學(xué)實驗室對淬火后的鋼板進行了力學(xué)性能測試,利用CambrigeS-360掃描電子顯微鏡對兩種淬火組織的沖擊試樣斷口分別進行了分析,并應(yīng)用430SVDTM/450SVDTM維氏硬度計測量不同淬火溫度的顯微組織硬度,430SVDTM/450SVDTM維氏硬度計是采用精密機械和光電計算機軟件相結(jié)合的新型硬度測試儀,它能遵循金屬的結(jié)構(gòu),測試感應(yīng)硬化或滲碳化等材料的內(nèi)部硬度,具有操作簡便、測試精度高的特點。2結(jié)果2.1小板片鐵素體亞結(jié)構(gòu)圖2是不同淬火溫度下產(chǎn)生的兩類貝氏體組織,圖2b是典型的貝氏體組織,由帶有高位錯密度的板條貝氏體晶體組成,若干貝氏體板條平行排列構(gòu)成板條束,一個奧氏休晶?？尚纬珊芏喟鍡l束,板條界為小角度晶界,板條束界面則為大角度晶界,鑒于其板條的特征,故貝氏體鐵素體又稱板條鐵素體,在ISIJ(日本鋼鐵學(xué)會)術(shù)語中的符號為α0BB0,許多研究人員受“針狀鐵素體鋼”術(shù)語的影響,習(xí)慣稱其為針狀鐵素體(AcicularFerrite-AF);此外,板條間有條狀分布的M/A島,形態(tài)與低碳鋼中的無碳貝氏體相似,只是由于形成溫度稍高,板條特征不如無碳貝氏體發(fā)達,有些板條界在形成后還會發(fā)生回復(fù),以至常能觀察到板條界不連續(xù)的現(xiàn)象。光鏡下由于低角度晶界難以顯示,板條鐵素體束常成為無特征的F晶粒。經(jīng)適當(dāng)?shù)纳钋治g,在光鏡下仍能觀察到依稀可見的板條輪廓,在掃描電鏡下它的特征更為清晰。圖2a是在較高溫度下形成的粒狀貝氏體組織,鐵素體亞結(jié)構(gòu)不呈板條狀,而是等軸亞晶,島在其上的分布趨于無序排列。無論是圖2a、還是圖2b中都存在一定數(shù)量的準多邊形F,準多邊形F是在更高溫度下形成的,其最突出的特征是具有極不規(guī)則的邊界。表2是兩組不同溫度淬火組織鋼的性能比較,從表2可以看出粒狀貝氏體和板條貝氏體的強度水平、延伸率指標較接近,差別不大,板條貝氏體的強度稍高一些,延伸率稍低一些;但是兩種組織的常溫沖擊功差別很大,板條貝氏體卻是粒狀貝氏體的5倍,粒狀貝氏體很脆,幾乎沒有塑性,而板條貝氏體卻表現(xiàn)出很好的抗破壞能力,這從圖3和圖4兩種組織的沖擊斷口形貌上更能說明問題。圖3是板條貝氏體沖擊斷口形貌,整個斷口上由解理斷裂區(qū)和延性斷裂區(qū)兩部分組成(如圖3b所示),延性斷裂區(qū)約占40%,解理斷裂區(qū)約占60%,延性斷裂區(qū)是由一些大小不等的圓形或橢圓形的凹坑-韌窩組成,在韌窩內(nèi)可以看到夾雜物或第二相粒子(如圖3a所示);解理斷裂區(qū)解理裂縫沿不同取向解理面擴展過程中裂縫相交成具有不同特征的花樣,最突出最常見的特征是河流花樣和扇形花樣(如圖3c所示);圖4是粒狀貝氏體沖擊斷口形貌,整個斷口上都是解理斷裂區(qū),沒有韌窩斷口。2.2顯微硬度測試為進一步區(qū)分兩種的不同組織,用430SVDTM/450SVDTM維氏硬度計,對不同淬火溫度產(chǎn)生的形貌差異較大的兩種貝氏體組織進行了顯微硬度測量,選用載荷10kg,各測量4個點取平均值,如表3所示。從以上組織的顯微硬度測量結(jié)果可以看出,板條狀貝氏體硬度略大于粒狀貝氏體,兩種組織硬度差異在7%左右,基本可以認定為兩種不同的組織形態(tài)。相比較而言,粒狀貝氏體組織較為粗大,對強度和韌性有不利影響,而板條貝氏體組織對強度和韌性是有益的,強化歸結(jié)為由轉(zhuǎn)變溫度降低引起的晶粒細化效應(yīng),以及亞晶界強化和位錯亞結(jié)構(gòu)強化。而韌化的原因除了細化晶粒外,還由于消除了大塊珠光體,組織中硬質(zhì)相(M/A)的尺寸更小,分布更為均勻。但如果M/A島數(shù)量過多,尺寸較大,特別當(dāng)M/A島的長寬比大于4,并帶有尖角形時,同樣顯示對韌性的有害作用。3種典型的組織形態(tài)ULCB鋼的580℃淬火組織主要為粒狀貝氏體組織加少量的準多邊形鐵素體,450℃淬火組織主要為板條貝氏體加少量的準多邊形鐵素體,兩種組