再结晶和相变的交互作用对双相钢组织特征的影响

C 0. 089 Mn 1. 53 Si < 0. 02 Cr Mo Nb Ti Al
[ 7]
图1
760
直接双相处理后的微观组 织形貌 in dual phase steel
Fig. 1
Microstructure of directly annealing at 760
样的温度进行, 因此除了在从预先加热温度冷却到 760 过程中外延铁素体的析出外 , 期望得到相近 的组织形态和马氏体体积分数是合理的。然而试验 的结果表明 , 不同的预先加热温度导致了组织形态 发生了显著的差别。 预先加热到 790 保温 10 min 后冷却到 760 双相处理后的组织如图 2 所示。从图 2 可见, 其 基本的组织特征仍维持典型双相组织的特征 , 与图 1 相比没有明显的变化。但是当预先加热的温度提 高到 820 , 双相组织的 形态发生了显著 的改变。 如图 3 所示 , 表现为等轴状的铁素体晶粒紧密排列 连成的条带状组织 , 条间存在有马氏体的小岛。随 着预先加热温度的进一步提高 , 达到 850 和 880 时, 组织又回到典型的双相组织的特征 , 只是随着 温度的升高 , 组织中马氏体的体积分数增加, 同时铁 素体晶粒尺寸和马氏体的尺寸都有所增加 , 图 4 所 示为经过 880 预先加热 的试样的组织。综上所 述 , 在进行预先加热处理时 , 随着预先加热温度的提 高 , 双相处理后的组织呈现了一个从等轴状的典型 的双相组织到条带状铁素体与马氏体构成的双相组 织 , 再回到等轴状铁素体和马氏体的典型的双相组 织的组织形态的变化过程 , 这在现有的文献中少有 报道。 对于冷轧双相钢的双相区退火过程, 实际存在 有两个热激活控制的组织变化过程, 一是加热时原 有组织向奥氏体的相变过程 ; 另一个是冷变形组织 的再结晶过程。这两个组织转变过程随加热温度的 升高, 其速度都增加, 但是由于两个过程的热力学驱 动力不同以及转变机制的差异, 导致这两个组织转 变过程随温度的变化具有不同的变化速度。对于相
Effect of Interaction Between Recrystallization and Transformation on Microstructure of Dual Phase Steel
ZH ANG Xue - hui 1, 2 ,
Beijing 100083, China;
ZH U Guo - hui
双相钢主要由马氏体和铁素体两相组织构成。 双相钢基本的性能特点是 : 消除了屈服点效应 , 具有 较低的屈强比, 高的加工硬化速度以及高的伸长率 等等。由于双相钢具有上述优良的综合力学性能 , 作为一种新型的高强度低合金冲压钢板, 它得到了 广泛的应用[ 1~ 3] 。 双相钢主要是通过调整马氏体体积分数来获得 所要求的力学性能 , 而这取决于钢的成分和两相区 退火的温度 , 这方面已经做了大量的研究工作。除 了马氏体体积分数外 , 铁素体的晶粒尺寸 及其 纯 净 程度对双相钢的力学性能 , 特别是成形性能具有 显著的影响。在双相组织中, 铁素体可以是原有的 未分解的铁素体和在两相区退火时形成的铁素体 , 还有在两相区退火后的冷却过程中由奥氏体形成的
第 44 卷
第 9期
钢
铁
Vo l. 44, N o. 9 September 2009
2 0 0 9 年 9 月
Iron and St eel
再结晶和相变的交互作用对双相钢组织特征的影响
张学辉1, 2 , 朱国辉1, 3 , 毛卫民1
( 1. 北 京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 100083; 2. 武钢股份有限公司生产技术部 , 湖北 武汉 430083;
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Baidu Nhomakorabea
钢
铁
第 44 卷
图 5 表示的两个过程的转变动力学曲线中存在 一个临界温度。当退火的温度低于临界温度时, 再 变过程, 其热力学驱动力为两相之间的体积自由能 之差 , 是温度的函数, 随着退火温度的升高, 向奥氏 体转变的热力学驱动力增大; 而对于再结晶过程, 其 组织变化的热力学驱动力来源于冷变形过程中的储 存能, 是不随温度的变化而改变的。因此从温度对 组织变化过程的动力学影响的角度考虑, 随着温度 的升高, 一方面原子扩散能力的增加导致相变速度 增加 , 另一方面其转变的热力学驱动力也随着温度 的升高而增加。而对于再结晶过程而言, 温度的增 加会由于增加原子的扩散能力而增加过程的速度之 外, 温度增加对再结晶热力学驱动力没有显著的影 响。根据上述的分析, 相变和再结晶的速度随温度 的变化规律如图 5 所示。 结晶过程先于相变过程发生 , 此时相变将会发生在 完全再结晶的基体上 , 原来形变拉长的晶粒形貌将 在再结晶过程中消失 , 最终冷却之后得到典型的双 相组织。然而当退火的温度高于临界温度时 , 此时 相变的速度大于再结晶过程 , 相变先于再结晶发生。 由于相变主要是珠光体 ( 或贝氏体 / 马氏体 ) 向奥氏 体的转变, 在 820 退火时温度仍处于两相区, 这时 组织中将有一部分铁素体不参予相变, 其形变拉长 的组织不能在相变中得到改变, 只能在相变之后的 再结晶过程中发生组织变化。在相变完成后 , 形变 的铁素体晶粒 周围的奥氏体中的储存 能已经被释 放 , 不再存在能够提供铁素体再结晶晶粒生长的热 力学条件。在这种情况下 , 残留的形变铁素体中形
修订日期 : 2009 -01 - 12
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张学辉等 : 再结晶和相变的交互作用对双相钢组织特征的影响
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不同的加热温度不仅可以改变外延铁素体的体积分 数, 而且会导致双相钢组织特征的改变 , 这在以往的 文献中少有报道。本文对此进行了分析研究, 认为 是由于冷轧双相钢在双相处理时再结晶和相变的交 互作用的结果。
0. 47 < 0. 010 0. 01 < 0. 005 0. 007
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试验方法
试验用钢采用真空熔炼的方法得到 100 kg 的 铸锭。铸锭在 1300 锻造成 120 mm 宽、 180 mm 长和 30 m m 厚的锻 坯。锻坯热轧 成厚度为 3 mm 的热轧板 , 然后再冷轧至 1 mm 。 双相退火以 760 为基础 , 分别研究了直接加 热到 760 保温 30 m in 后淬火以及预先分别加热 到 790、 820、 850、 880 保温 10 m in, 炉冷到 760 后保温 30 min, 淬火的一系列试样, 用于组 织形态 和马氏体体积分数的测量。利用 Olympus B51 金 相显微镜进行了组织观察, 利用 OL YCIA m 3 图像 分析软件进行了马氏体体积分数的定量计算。
3. 安徽工业大学材料科学与工程学院 , 安徽 马鞍山 243002) 摘 要 : 系统地研究了不同的热处理工艺对双相 钢组织特征的影响。研 究的结果表 明 , 存 在一个临 界两相区退 火
温度。当退火温度高于此临界退火温度 , 双相钢组织 表现出带 状铁素 体的特 征 ; 而低于 临界温度 的退火 可以得 到 典型的马氏体和铁素体等轴状组织的特征 , 这是 由于冷轧钢板在两相区退火过程中的相变 和再结晶 过程交互作 用 的结果。当相变先于再结晶发生时会形成带状铁素体。预先的低温再结晶处理可以消除铁素体带状组织。 关键词 : 双相钢 ; 两相区退火 ; 临界温度 ; 相变 ; 再结晶 中图分类号 : T G 142. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 0449 - 749X ( 2009) 09 - 0086 - 04
作者简介 : 张学辉 ( 1966 -) , 女 , 博士生 , 高级工程师 ;
先共析铁素体。这种在奥氏体冷却过程中析出的铁 素体不需要形核, 而是依附于原有的铁素体 外延 生长, 故文献称之为 外延 铁素体[ 4~ 6] 。一般认为 双相钢中, 特别是当含有第二相粒子析出时, 外延 铁素体有利于提高双相钢的成形性能。 为了获得所要求的外延铁素体 , 需要控制奥氏 体在冷却过程中的相变行为。在连续冷却过程, 较 低的冷却速度在得到外延铁素体的同时往往会形成 珠光体或贝氏体组织 , 而过快的冷却速度又不利于 外延铁素体的形成。为此可以利用高温加热后在双 相区低温等温退火的方法来实现外延铁素体体积分 数和双相组织的控制。本文研究了经不同加热温度 保温后在相同的等温温度双相处理后, 双相钢组织 中外延铁素体体积分数的变化。研究的结果发现,
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试验结果和讨论
直接加热到 760 保温 30 min 后淬火试样的
组织如图 1 所示。从图 1 可见, 在 760 双相处理 后得到了铁素体和马氏体两相组织 , 其中白色的组 织为铁素体 , 灰色的组织为马氏体。马氏体小岛沿 等轴状的铁素体晶界分布, 这是典型的双相组织特 征。 加热到不同的预先加热温度后冷却到 760 保 温进行双相处理的样品, 由于最终的处理都是在同
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试验材料
试验采用低碳、 低硅的含 Cr 高强度双相钢作为 研究的对象, 低碳、 低硅使钢具有良好的焊接性能和 热镀锌性能。合金元素 Cr 用于提高淬透性和强度。 根据文献的报道 , 在双相钢中加入 Cr 还可以改善 马氏体的形态而提高钢的塑性。试验用钢的成分如 表 1 所示。
表 1 试验用钢的化学成分 ( 质量分数 ) Table 1 Chemical composition of experimental sample %
1, 3
,
M AO Wei min
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( 1. Schoo l of M aterials Science and Eng ineering , U niv ersity of Science and T echnolog y Beijing , 2. W uhan Iro n and Steel Co. , L td. , W uhan 430083, H ubei, China; 3. Scho ol of M ater ials Science and Eng ineering , A nhui U niv ersity of T echno lo gy , M a anshan 243002, Anhui, China) Abstract: Effect o f thermal pr ocessing on micro structur es in dual phase steels w as systematically investig ated. T he ex perimental results illust rated that there ex ists a cr itical temperature dur ing intercr itical annealing in co ld - ro lled dual phase steels. M icr ostr ucture char acter ized by band - like fer rit e w as observed w hen the annealing temper ature abov e the cr itical t em perat ur e, whereas typical dual phase microstr uctur e characterized by mart ensite disper sed ar ound fer r ite w as observed. T he ex per iment al results w ere inter pr eted by inter act ion between r ecr ystallization and phase transformat ion dur ing inter cr itica l annealing of co ld - ro lled dual phase steels. T he band - like ferr ite was for med be cause phase t ransfo rmation occur red prio r to recry st allizat ion, which co uld be eliminated by pre - recr ystallizatio n at low er t emperat ur e. Key words: dual phase steel; intercr itical annealing ; cr itical temper atur e; phase tr ansfor matio n and r ecrystallization