韓紹根 婁軍魁 楊柳 吳金躍 肖彥中

(安陽鋼鐵股份有限公司)

回火溫度對(duì)低碳貝氏體鋼Q685性能影響的研究

韓紹根 婁軍魁 楊柳 吳金躍 肖彥中

(安陽鋼鐵股份有限公司)

通過對(duì)熱軋低碳貝氏體鋼Q685不同溫度的回火工藝處理，研究了強(qiáng)度、延伸率、沖擊性能以及微觀組織的變化。結(jié)果表明，回火溫度對(duì)Q685鋼的性能產(chǎn)生明顯影響。當(dāng)回火溫度為650℃時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到758 MPa和835 MPa，延伸率達(dá)到30%，明顯高于熱軋后的試樣;而隨回火溫度逐漸增加到720℃，性能則顯著降低。

回火溫度 低碳貝氏體鋼 Q685 性能

0前言

低碳貝氏體鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，而且工藝簡(jiǎn)單，易于成型，焊接性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用在工程機(jī)械、造船和石油天然氣輸送管線等行業(yè)［1］。低碳貝氏體高強(qiáng)鋼微觀組織復(fù)雜，軋后回火工藝對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)及析出行為具有明顯影響，從而對(duì)低碳貝氏體鋼的性能產(chǎn)生顯著影響［2］。然而當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)低碳貝氏體鋼的研究仍主要集中于成分設(shè)計(jì)、軋制工藝以及相變機(jī)理等方面，對(duì)軋后回火工藝的研究還比較欠缺。本文通過不同溫度的回火試驗(yàn)，研究回火前后性能的變化規(guī)律，試圖探索得到最佳的回火溫度區(qū)間，為生產(chǎn)提供一定的參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)材料為25 mm厚度低碳貝氏體Q685鋼板。工藝路線為:鐵水預(yù)脫硫—150 t轉(zhuǎn)爐—LF爐外精煉—板坯連鑄—控軋—控冷—矯直—剪切—入庫。具體軋制工藝:將鋼坯加熱至1280℃，保溫1 h后進(jìn)行軋制;軋制分高溫和低溫兩個(gè)階段進(jìn)行，開軋溫度為1140℃，高溫階段的軋制溫度控制在1000℃以上;低溫階段的軋制溫度控制在970℃以下，并要求累積變形量大于65%，終軋溫度為790℃，然后層流冷卻，終冷到480℃。化學(xué)成分見表1。回火試驗(yàn)在箱式馬弗爐中進(jìn)行。試樣分別在600℃、650℃、700℃、720℃的溫度下保溫1.5 h，然后空冷至室溫。將回火處理試樣和原始熱軋?jiān)嚇影凑誈B/T229－2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》加工成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣，利用AHC－30SA型沖擊試驗(yàn)機(jī)在0℃時(shí)測(cè)試材料的沖擊功。按照GB/T228－2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》加工標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在MTS810材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中每種試樣均制備三個(gè)進(jìn)行性能測(cè)試，在比較時(shí)取其算術(shù)平均值。實(shí)驗(yàn)中對(duì)試樣進(jìn)行磨制、機(jī)械拋光后用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，用ZEISS Observer.A1m金相顯微鏡觀察微觀組織形貌。

表1 試驗(yàn)鋼板的化學(xué)成分 wt%

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

低碳貝氏體鋼Q685經(jīng)過不同的溫度回火后的性能見表2。顯然，經(jīng)過不同溫度的回火后，材料的性能出現(xiàn)明顯不同的變化。

表2 不同回火溫度下低碳貝氏體鋼Q650的性能

由表2可以看出，經(jīng)過600℃的回火，Q685鋼的屈服強(qiáng)度略有增加，但是抗拉強(qiáng)度與軋態(tài)相比有所降低。低碳貝氏體鋼中通常存在兩類位錯(cuò):一類是軋制時(shí)在變形奧氏體中形成的變形位錯(cuò)，這類位錯(cuò)密度很高，且相互纏結(jié)，其上有細(xì)小析出物，因此很難移動(dòng);另一類是貝氏體相變時(shí)由于體積效應(yīng)產(chǎn)生的相變位錯(cuò)，密度較低，分布均勻，邊界平直，容易運(yùn)動(dòng)并消失。因此在回火溫度相對(duì)較低時(shí)(實(shí)驗(yàn)中600℃)，相變位錯(cuò)首先發(fā)生回復(fù)，位錯(cuò)密度下降，再加上此階段回火，固溶強(qiáng)化作用減弱，而析出強(qiáng)化作用還沒明顯顯現(xiàn)出來，所以導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度降低，屈服強(qiáng)度升高。

當(dāng)回火溫度為650℃時(shí)，試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都呈現(xiàn)比較明顯的增加現(xiàn)象，分別達(dá)到758 MPa和835 MPa，與軋態(tài)時(shí)相比分別提高了7.5%和5.0%。這是由于隨著回火溫度的升高，由于軋后快速冷卻來不及析出的強(qiáng)碳氮化物粒子，經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間回火充分析出，而此時(shí)變形位錯(cuò)由于先析出的碳氮化物的釘扎還未發(fā)生回復(fù)或者只是部分回復(fù)［3－4］，位錯(cuò)強(qiáng)化作用依然很強(qiáng)，因此在這一階段出現(xiàn)了新的強(qiáng)化現(xiàn)象，形成強(qiáng)度峰值。

當(dāng)回火溫度增加到700℃時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)了降低，明顯低于軋態(tài)時(shí)的強(qiáng)度值。隨著回火溫度進(jìn)一步增加到720℃，試樣的強(qiáng)度降低更為顯著。回火溫度較高時(shí)，一方面碳氮化物析出粒子逐漸長(zhǎng)大，并粗化，位錯(cuò)開始脫離析出物的釘扎，因而使位錯(cuò)強(qiáng)化、析出強(qiáng)化效果明顯減弱，同時(shí)貝氏體板條也逐漸粗化，板條之間發(fā)生合并，形成多邊形鐵素體，因此強(qiáng)度隨之下降［5］。

延伸率隨回火溫度的變化如圖1(a)所示，可以看到隨回火溫度的增加延伸率逐漸增加。軋態(tài)時(shí)試樣的延伸率為20%，經(jīng)過600℃的回火，延伸率獲得明顯提高，達(dá)到28%，而經(jīng)過720℃的回火，則可以達(dá)到35%。

沖擊性能隨回火溫度的變化如圖1(b)所示，可以看到，經(jīng)過650℃的回火，低碳貝氏體鋼Q650可以獲得較高的沖擊功，而隨著回火溫度的進(jìn)一步增加，沖擊功則明顯降低。

圖1 不同回火溫度下低碳貝氏體鋼Q685性能的變化

控軋控冷得到的低碳貝氏體組織，由于其尺寸細(xì)小，比界面積大，因而有通過粗化降低界面能的趨勢(shì);同時(shí)中溫轉(zhuǎn)變組織是一種亞穩(wěn)組織，體自由能高，回火時(shí)有向平衡組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。在低碳貝氏體鋼的貝氏體組織類型中，板條貝氏體是最不穩(wěn)定的組織，而多邊形鐵素體是最穩(wěn)定的組織，因此在回火過程中，板條貝氏體通過貝氏體鐵素體板條的粗化，合并逐漸向多邊形鐵素體轉(zhuǎn)變［6］。實(shí)驗(yàn)中低碳貝氏體鋼Q650軋態(tài)和經(jīng)過不同溫度回火后的微觀組織照片如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖2 原始軋態(tài)組織

圖3 600℃回火組織

圖6 720℃回火組織

由組織照片可以看出，原始熱軋狀態(tài)下的組織為細(xì)小的板條貝氏體和粒狀貝氏體的混合組織，其中以板條貝氏體為主。經(jīng)過600℃回火后，貝氏體鐵素體板條略微粗化。而在經(jīng)過650℃回火后，貝氏體板條結(jié)構(gòu)基本消失，轉(zhuǎn)變?yōu)榱钬愂象w。隨回火溫度增加到700℃，出現(xiàn)了多邊形鐵素體，這時(shí)主要為多邊形鐵素體和粒狀貝氏體的混合組織。隨回火溫度增加到720℃，多邊形鐵素體含量增加，而且晶粒尺寸明顯粗化，這將引起材料性能的降低。

3 結(jié)論

1)低碳貝氏體鋼Q685經(jīng)過650℃回火后，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到758 MPa和835 MPa，延伸率達(dá)到30%，明顯高于熱軋后的試樣。隨回火溫度逐漸增加到720℃，性能顯著降低。

2)隨著回火溫度由650℃增加到720℃，板條貝氏體逐漸粗化消失，粒狀貝氏體增多，并出現(xiàn)多邊形鐵素體。

［1］ 蘇素娟，欒道成，陳曉男.回火溫度對(duì)新型貝氏體鋼組織與性能的影響.熱加工工藝，2008，37(20):57 －59.

［2］ 王克魯，魯世強(qiáng)，陳慶軍等.回火溫度對(duì)熱軋低碳貝氏體鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響.機(jī)械工程材料，2009，33(5):9－11.

［3］ 肖九紅，曹波.Q550D鋼板的研制及其回火工藝的分析.軋鋼，2009，26(5):16 －19.

［4］ 武會(huì)賓，尚成嘉，趙云堂，等.回火對(duì)低碳貝氏體鋼組織穩(wěn)定性及力學(xué)性能的影響.鋼鐵，2005，40(3):62 －65.

［5］ 陳顏堂，郭愛民，賀信萊，等.回火對(duì)鈮微合金化C－Mn鋼的組織及性能的影響.金屬熱處理，2007，32(6):27－29.

［6］ 王建澤，康永林，楊善武，等.回火溫度對(duì)超低碳貝氏體鋼(ULCB)組織與性能的影響.金屬熱處理，2007，32(11):19－22.

STUDY ON EFFECT OF TEMPERING TEMPERATURE ON PROPERTIES OF Q685 LOW CARBON BAINITE STEEL

Han Shaogen Lou Junkui Yang Liu Wu Jinyue Xiao Yanzhong

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The change of the strength，the elongation ratio，the impact properties and the microstructure are investigated through tempering process treatment under different temperature for Q685 hot rolled low carbon bainite steel.The results show the tempering temperature has an obvious impact on the properties of Q685 steel.Yielding strength and tensile strength are respectively 758MPa and 835MPa and the elongation ratio is 30%at 650 ℃ tempering temperature，which are obviously higher than those of hot rolled samples.Properties will greatly lowered with the tempering temperature increasing to 720 ℃.

tempering temperature low carbon bainite steel Q685 properties

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2011—1—25