張 月，李青春，常國威

（遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

等溫時(shí)間對冷變形貝氏體鋼組織和性能的影響

張 月，李青春，常國威

（遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

研究了不同等溫時(shí)間對冷變形超級貝氏體鋼組織與性能的影響。結(jié)果表明：隨著等溫時(shí)間的延長，貝氏體組織增多，殘奧含量先降低后升高，抗拉強(qiáng)度增加，延伸率降低。冷軋?jiān)嚇釉?50 ℃保溫30 min后，在300 ℃保溫1 h時(shí)，延伸率最大為12.5%，組織中殘奧含量為11.1%，拉伸前后殘奧含量變化為8.8%，因發(fā)生TRIP效應(yīng)使強(qiáng)塑積達(dá)到24.88 GPa·%，綜合性能最佳。

貝氏體；等溫時(shí)間；冷變形；組織；性能

貝氏體是過冷奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，轉(zhuǎn)變溫度介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度之間，這種組織自被發(fā)現(xiàn)以來[1]一直受到研究人員的關(guān)注[2]，近年來開發(fā)的一種組織為貝氏體鐵素體和薄膜狀殘余奧氏體交替組成的晶粒尺寸達(dá)到納米級的新型鋼種[3]更是成為了有發(fā)展?jié)摿Φ慕Y(jié)構(gòu)材料，這種鋼種被稱為超級貝氏體鋼或納米貝氏體鋼[4-5]等。已有研究發(fā)現(xiàn)通過加入一定量的非碳化物形成元素 Si來抑制相變時(shí)滲碳體析出[6-7]而獲得該種組織。最常見的改性研究為改變奧氏體化條件[8-10]的研究。

本文主要利用電鏡進(jìn)行組織形貌觀察、利用X射線衍射儀做定性和定量分析及力學(xué)性能表征等方法，研究貝氏體等溫轉(zhuǎn)變時(shí)間對冷變形超級貝氏體鋼組織與性能的影響，分析其組織和性能的變化規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)以Fe-0.6C-0.35Mn-2.5Si-0.78Al鋼為實(shí)驗(yàn)材料，將實(shí)驗(yàn)鋼切成6 mm后板料，在冷軋機(jī)上軋制成3 mm的板料。將軋制后的板料按國家拉伸實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010加工成標(biāo)距為30 mm的板材試樣，然后把試樣放在高溫爐950 ℃保溫30 min后，迅速放入300 ℃的鹽浴爐內(nèi)分別保溫1、2 h和3 h后空冷至室溫。熱處理后制備金相試樣，利用型號為Axiovert 200 MAT的蔡司顯微鏡和型號為S-3000N掃描電子顯微鏡進(jìn)行組織觀察，利用CMT5305型號的電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，對其力學(xué)性能進(jìn)行表征，選用X射線衍射儀（D/MAX PC-2500）對切取的拉伸試樣的夾持端和斷口試樣做定相和定量分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 等溫時(shí)間對超級貝氏體鋼組織的影響

為了考察等溫貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)間對貝氏體組織的影響，將冷軋?jiān)嚇釉?50 ℃保溫30 min后，在300 ℃分別保溫1、2 h和4 h。圖1為其不同等溫處理時(shí)間的超級貝氏體組織。

圖1 不同等溫處理時(shí)間的超級貝氏體組織

通過測試Fe-0.6C-0.35Mn-2.5Si-0.78Al鋼熱膨脹曲線，得出該鋼在300 ℃保溫2 h，等溫貝氏體轉(zhuǎn)變已經(jīng)結(jié)束。從圖1可以看出，實(shí)驗(yàn)鋼在300 ℃保溫1 h后，組織中除了貝氏體外，在原奧氏體晶界有少量鐵素體，在300 ℃保溫2、4 h處理后，得到的全是貝氏體組織。獲得的貝氏體均為貝氏體鐵素體(深色)和薄膜狀殘余奧氏體(淺色)相隔平行排布的顯微組織，等溫時(shí)間不同，貝氏體鐵素體和薄膜狀殘奧的厚度變化不大，貝氏體鐵素體厚度主要在200～600 nm之間，薄膜狀殘奧的厚度主要在500 nm到1 μm之間，還有些塊狀殘奧。

圖2是不同等溫處理時(shí)間下超細(xì)貝氏體鋼的XRD圖譜及拉伸實(shí)驗(yàn)前殘奧的含量?？梢钥闯?，超細(xì)貝氏體組織均由bcc結(jié)構(gòu)的α相和fcc結(jié)構(gòu)的γ相組成。根據(jù)計(jì)算的殘奧含量發(fā)現(xiàn)，在300 ℃保溫1 h，殘奧含量最多，為11.1%。在300 ℃延長保溫時(shí)間到2 h，殘奧含量明顯降低，為5.8%。與保溫2 h相比，延長保溫時(shí)間到4 h，殘奧含量略有增加，為7.2%。

圖2 不同等溫處理時(shí)間下超細(xì)貝氏體鋼的XRD圖譜及拉伸實(shí)驗(yàn)前殘奧的含量

根據(jù)Fe-0.6C-0.35Mn-2.5Si-0.78Al鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線，該鋼在300 ℃等溫貝氏體轉(zhuǎn)變孕育期為2 h。在300 ℃保溫1 h，還有部分奧氏體沒有轉(zhuǎn)變成貝氏體，這部分奧氏體在等溫后的空冷過程中，部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，大部分殘留到室溫。因此，在300℃保溫1 h，殘奧含量最多。在300 ℃保溫2 h后，殘奧含量明顯降低，這是因?yàn)榈葴刎愂象w轉(zhuǎn)變基本結(jié)束，剩余的殘奧數(shù)量減少，這部分殘奧部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，部分殘留到室溫。因此與保溫1 h相比，保溫2 h后殘奧含量明顯降低。當(dāng)保溫時(shí)間延長到4 h，由于貝氏體鐵素體中溶質(zhì)碳向殘奧中擴(kuò)散，殘奧因碳含量增加而穩(wěn)定，因此在隨后的空冷過程中，殘奧沒有轉(zhuǎn)變成馬氏體而保留到室溫。與保溫2 h相比，保溫4 h后，殘奧含量略有增加。

2.2 等溫時(shí)間對超級貝氏體鋼力學(xué)性能的影響

圖3為超細(xì)貝氏體鋼在拉伸實(shí)驗(yàn)后的XRD圖譜和拉伸實(shí)驗(yàn)前后殘余奧氏體含量的變化。從圖中可以看出，試樣在拉伸實(shí)驗(yàn)后殘余奧氏體的含量明顯降低。在300 ℃等溫1 h，實(shí)驗(yàn)鋼拉伸前后殘奧含量變化最多為 8.8%。而實(shí)驗(yàn)鋼 300 ℃等溫 2 h和4 h后，拉伸前后殘奧含量變化基本相同為4.5%和4.9%。

圖3 超細(xì)貝氏體鋼的XRD圖譜及殘余奧氏體含量值

經(jīng)測得實(shí)驗(yàn)鋼在300 ℃等溫1、2 h和4 h的殘奧含量中碳含量分別為1.72%、1.70%和1.78%。圖4為不同保溫時(shí)間處理后超細(xì)貝氏體鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，冷軋?jiān)嚇釉诓煌葴靥幚頃r(shí)間下超細(xì)貝氏體鋼的拉伸性能曲線如圖5所示。從圖4和圖5可以看出，實(shí)驗(yàn)鋼在300 ℃等溫，隨著等溫時(shí)間的延長，抗拉強(qiáng)度增加，伸長率降低。在300 ℃保溫1 h，實(shí)驗(yàn)鋼的伸長率最好，為12.5%，強(qiáng)塑積最大，為24.88 GPa·%。此時(shí)殘奧含量為11.1%，殘奧中碳含量為1.72%，實(shí)驗(yàn)鋼在拉伸實(shí)驗(yàn)前后殘奧含量變化明顯（8.8%），說明發(fā)生了TRIP（transformation-induced plasticity）效應(yīng)，導(dǎo)致其綜合力學(xué)性能較佳。

圖4 不同保溫時(shí)間處理的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖5 不同保溫時(shí)間處理的拉伸性能曲線

3 結(jié)論

(1)Fe-0.6C-0.35Mn-2.5Si-0.78Al鋼試樣在 950℃保溫30 min、300 ℃保溫1 h后，組織為貝氏體和晶界鐵素體；在300 ℃保溫2、4 h后，組織為貝氏體，貝氏體組織均為貝氏體鐵素體和薄膜狀殘余奧氏體相隔平行排布的顯微組織。(2)隨著等溫時(shí)間的延長，試驗(yàn)鋼的殘余奧氏體含量呈現(xiàn)先降低，后增加的規(guī)律。與保溫1 h相比，保溫2 h，貝氏體轉(zhuǎn)變完全，所以殘奧含量降低，保溫4 h時(shí)，由于碳的擴(kuò)散，殘奧中碳含量增加，殘奧穩(wěn)定性增加，所以殘奧含量增加。(3)隨著等溫時(shí)間的延長，試驗(yàn)鋼的抗拉強(qiáng)度增加，延伸率降低。保溫1 h時(shí)，延伸率最高為12.5%，抗拉強(qiáng)度最低。此時(shí)的強(qiáng)塑積最大，為24.88 GPa·%，綜合性能最佳。

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Effect of Isothermal Time on Microstructure and Properties of Super Bainitic Steel Treated by Cold Deformation

ZHANG Yue,LI Qing-chun,CHANG Guo-wei
（School of Materials Science and Engineering,Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China）

The effects of different isothermal time on the microstructure and mechanical properties of super bainitic steel treated by cold deformation were studied.The results show that isothermal time ascending and bainite increasing,retained austenite decreased then increased,the tensile strength increases gradually and the elongation decreases.When the experimental steel of cold-rolled was austenitized at 950 ℃ for 30min,staying at 300 ℃ for 1 h,elongation reached the maximum value of 12.5%,the content of retained austenite is 11.1%,then the change of content of retained austenite is 8.8%,strength-ductility is 24.88 GPa·% for TRIP effect,comprehensive property is the best.

bainite; isothermal time; cold deformation; microstructure; mechanical property

TG142.2

A

1674-3261(2017)05-0324-04

10.15916/j.issn1674-3261.2017.05.011

2017-07-23

遼寧省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助（LZ2015046）

張 月(1991-)，女，遼寧綏中人，碩士生。

李青春(1972-)，女，遼寧錦州人，教授，博士。

責(zé)任編校：劉亞兵