热处理对高强度微合金钢组织与性能的影响

（）８ ℃等温 ￣５ ｏ
图 １ 试 验 钢 经 等 温 处 理 后 的 金 相 组 织
（）８ ｒ ｏ℃等温 ５
试验钢在 ９０ ４ ℃奥氏体化后经 ５ ０ ０ ℃等温处理后 主要是多边形铁素体和暗灰色的针状铁素体组织 （ ｌ ， 图 （ ａ ｂ） 针状铁索体在光学显微镜下呈现不规则的非多边形状 ， ）。 有的具有针状特征 ， 晶界模糊 。图 ｌｃｄ所示的是试 （，）
在相对低的温度 （０ ） ５０ｑ 等温时 ， Ｃ 均能得到一定数量的针状铁素体组织 ， 提高了钢 的屈服强度 ， 实现了相 变强化 ， 并且有利于降低屈强 比； 在相对高的温度（８ ） ５０ｑ 等温时 ， Ｃ 虽然碳氮化物粒子析 出较多 ， 但是获得的 是铁素体和珠光体 的两相组织 ， 因此强度较低 ， 韧塑性较好 。 ５０ｑ等温时 ， 在 ４ Ｃ 既能获得一定数量 的针状铁索 体组织 ， 又能使碳氮化物粒子有一定的析出， 其综合性能最好。 以在实际生产 中， 所 可以通过调整控轧控冷工 艺制度来获得由超细多边形铁索体加针状铁素体的双相组织， 在提高强度 的同时实现低屈强 比的目标 ， 在实 际应用中有着十分重要 的意义 。
２ ． 学性能结 果分析 ２力
表１ 所示的是经过 ３ 种热处理后 的力学性能结果 。试验
钢经 ５０℃等温处理后 的强度很低 ， ８ 屈强 比也很低 ， 塑韧性 较好 ； ５０ ４ 在 ０ ， ０℃较低温度下等温 ， ５ 强度有了明显提高 ， 同
时又具有较低的屈强 比， 这与试验钢 的组织类型有着对应关 系， 细晶强化和相变强化作用更明显。另外 ， ５０ｃ等温时 在 ４ ＝ Ｉ
通过一种高强度微合金钢的成份设计 ， 应用不同的热处理工艺获得双相组织 ， 通过细晶强化 、 沉淀强化以
及相变强化等强化形式 ， 以实现高强度（ ｓ ０ Ｐ ） ￣＞ ０ ａ和较低 的屈强比。 ｒ５ Ｍ
１ 实验 材 料及 方 法
实验钢采用 中频电炉熔炼 ， 其成份范围（ ） ： ． ～ ． ，ｉ ． ￣ ． ， ｎ１ ０ ２ ０ Ｎ ． － ． ，ｉ 为 ｃ０ ６ ０ ８Ｓ ０ ０ ０ ５ Ｍ ． － ． ，ｂ０ ５０ ７Ｔ ０ ０ ２ ２ ７ ０ ０ ０ ０ １０ ２Ｖ０ ５ ０ ７ Ｍ ２ ． ，ｕ ． — ． ； ． ～ ． ， ． ． ， ｏ ． ０ Ｏ Ｃ ２ ０ ０要严格控制杂质元素 Ｓ ０ ０ ０ ０ ００ ３ ００ ３ ， Ｐ的含量 。 将圆柱钢锭在箱式炉中加热 ， 加热温度为 １５ ～１５ １０ ２０℃， ５０ｋ 在 ６ ｇ的空气锤 上进行锻压变形 ， 锻成宽
文章 编号 ：６ １７ ７ （ ０ ６０ — １ ９ ０ １７— ８２ ２ ０ ）２ ０ ３ — ３
热处理对高强度微合金钢组织号 ｝能的影响 生
周海祥 。 斯松 华
（ 安徽 工 业大 学 材 料科 学与 工程 学院 ， 徽 马鞍 山 ２ ３ ０ ） 安 ４ ０ ２
摘要： 研究了不同热处理工艺对所设计的高强度微合金钢（ 屈服强度大于 ５Ｏ Ｐ ） Ｏ ａ的组织与性能的影响。结果表明， Ｍ 通过适当 的热处理工艺可以 获得由多边形铁素体加一定含量针状铁索体的双相组织， 既能显著提高钢的强度 ， 还能保持较低的屈强比。 关键词： 微合金钢； 热处理； 针状铁索体 ； 屈强比
ｒ ｔｏ ａｉ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｍｉｒ ｌｙ ｄｓｅ ｌｈ ａ ｅ ｔ ｎ ； ｃБайду номын сангаас ｌｒ ｅｒ ｅ ｙｅｄｒｔ ｙ ｗｏ ｄ ： ｃｏａ ｏｅ ｔｅ； ｅ ｔ ｒａｍｅ ｔａ ｉｕａ ｒｉ ； ｉｌ ａｉ ｌ ｔ ｆ ｔ ｏ
引
言
微合金钢是一种新型的低合金高强度钢【 广泛应用于管线用钢 、 ｌ 】 ， 汽车大梁钢 、 石油套 管钢等强度级别较 高的钢种。 在现代热轧生产中 ， 通过控轧控冷工艺可使微合金钢获得高 的强韧性 。一般情况下低碳微合金
钢得到的是铁素体加少量珠光体组织 ，因此在一定 的微合金化条件下 ，钢 的组 织控制是获得高强韧性 的关 键， 其主要强化方式为（ ） 超 细晶强化 、 沉淀强化等［ 发展新一代钢铁材料的研究重点仍是对钢的晶粒细化与 ２ １ 。 超细化 以及如何更好发挥微合金元素的作用的研究唧 通过 良好 的细晶强化与沉淀强化可 以得到高强度 ， ， 但
３结
论
（ ） ５０ｑ和 ５０ｑ 等温处理后 的组织主要是多边形铁素体和一定含量 的针状铁索体 ， １经 ０ Ｃ ４ Ｃ 随着等温温度 的降低 ， 针状铁索体含量有所增加。在 ５０ｏ等温后为铁索体加少量珠光体组织 ， ８ Ｃ 晶粒较前两者明显粗化。
（） ５０Ｃ ２在 ８￣等温时实验钢强度较低 ； ５０ ４ ℃等温处理后强度明显提高 ， 在 ０， ０ ５ 且具有较低的屈强比。
（）０ ａ５ ０℃等 温 （ ）８ ｂ５ ０℃等 温 图 ３透 射 电镜 下 析 出粒 子形 貌 的强度比 ５０ｑ稍高 ，这是 由于在 ５ ０ｑ等温时析出较多 ， ０ Ｃ ４ Ｃ 而 ５０℃等温时获得较多的针状铁素体和少量的贝氏体提高了强度 。 ０
２３讨 论 ．
表 １ 不同热处理工艺下试验钢的力学性能
中图分 类 号 ：Ｇ１２１ Ｔ ４． 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｅ ｅ ｔ ｆ ａ ｒ ａｍｅ ｔ ｎ Ｍｉｒｓｒ ｃｕ ｅａ ｄＰ ｏ ｅｔ ｓｏ ｆ ｃ ｔ ｅ ｔ ｎ ｃｏ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｒｐ ｒｉ ｆ ｏ Ｈｅ Ｔ ｏ ｅ Ｈｉｈ Ｓｒ ｎ ｔ ｃ ｏ ｌ ｙ ｄ Ｓｅ ｌ ｇ ｔｅ ｇｈ Ｍｉｒ ａｌ ｅ ｔｅ ｏ
Ａｂ ｔａ ｔ ｆ ｃ ｆｈ ａ ｒａｍｅ ｔｔｃ ｎｑ ｅ ｏ ｃｏ ｔ ｃｕｅ ａ ｄ ｐ ｏ ｅｔ ｓｏ ｉｈ ｓ ｅ ｇｈ ｍｉｒａｌｙ ｄ ｓｅ ｌ ｓｒ ｃ ：Ｅ ｅ ｔｏ ｅ ｔｔｅ ｔ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｍｉｒｓｒ ｔｒ ｎ ｒｐ ｒ ｅ ｆｈｇ ｔ ｎ ｔ ｃｏ ｌ ｅ ｔｅ ｕ ｉ ｒ ｏ
ｆｒｉ ａ ｅｇ ｉｅ ｙｐ ｏ ｅ ｅ ｔｒａｍｅ ｔ ｅ ｈ ｉｕ ， ｈｃ ａ ａｓ ｔ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｎ ｅａｎｌｗ ｒ ｉｌ ｅｒ ｅｃ ｎｂ ａｎ ｄ ｂ ｒｐ ｒｈ ａ ｅ ｔ ｎ ｃ ｎｑ ｅ ｗ ｉｈＣ ｒｉ ｓｒ ｇｈ ｒｍａ ｋ ｂ ｙａ ｄｒｔｉ ｏ ｅ ｅｄ ｔ ｔ ｔ ｎ ｅ ｅ ｙ
是往往屈强比都 比较高（ Ｏ Ｏ ， ＞ ． ）导致钢的成型性不好 ， ９ 而许多钢种如高强度汽车大梁钢 、 焊接用石油套管钢 等都要求有好的成型性能。因此在提高强度 的同时如何降低屈强 比成为 目 高强度微合金钢的一个研究方 前 向。文献【５ ４】 ，表明， 双相钢具有较低 的屈强 比， 如铁索体加马氏体两相钢 、 铁素体加贝氏体两相钢。
２ 实验 结 果 与 分 析
２１显微 组 织观察 与分 析 ．
图ｌ 所示的是试验钢试样经过热处理后的横截面金相组织照片。 不同热处理工艺制度下的试验钢的组织 均比较均匀 ， 且晶粒 比较细小 。
（ ）０ ａ ５ ０℃等温
（ ）０ ｂ５ ０℃等温
（ ）４ ｃ５ ０℃等 温
（）４ ℃等温 ｄ５０
１０ ｍ× ｌ ｍ的试验钢钢板。将锻压后 的钢板试样加热至 １３ ５ ｍ 厚 ６ ｍ ２０℃保温 ３ ｉ，盐水淬火进行 回溶处 Ｏ ｎ ｍ
收 稿 日期 ：０ ５ ０ — ７ ２ ０ — ６ １
作 者 简介 ： 周海 洋（ ９２ ） ， 徽 枞 阳人 ， １８ 一 ， 安 男 安徽 工业 大学 材料 科 学与 工 程 学 院硕 士研 究 生 。
验钢经 ５０ ４ ℃等温处理的组织 ， 总体特征与 ５０ Ｃ ０ 差别不大， ｃ 只是针状组织的含量有所减少。由于针状铁索体静
态的转变温度区间是 ５ ０ ６０℃， ０～ ０ 如果等温温度越低， 冷速越快 ， 针状铁素体的转变量也会增多昀 。所以由金相组 织可以看出， 随着等温温度的降低 ， 多边形铁素体含量减少， 针状铁素体的含量增加， 并且晶粒有所细化。试验钢 经 ５０ ８ ℃等温处理的组织就是多边形铁索体加少量珠光体组织并且晶粒明显粗化（ ｌｅｆ） 图 （， 。 ）
图２ 为透射电镜下的组织形貌。在 ５０。等温后除多边形铁素体与针状铁索体外 ， ０ ｃ 还具有少量的低碳贝 氏体组织（ ２ａｂ ）针状铁索体的特征为非平行的彼此咬合互相交错分布的针状片层 结构 ， 图 （，）， 由相互平行且 具有很高位错密度的铁索体板条构成 ， 在片条内部具有非常细微的亚结构和高密度位错 。 这些结构特征与文 献【 ８ ｅ ７ １ 报道的没有明显区别 。图 ２ ｃ所示的是在 ５０。等温后形成的多边形铁素体 与少量珠光体的组织 ，￣ （） ８ ｃ 形貌 ， 可以看出珠光体是铁素体和渗碳体交替排列的片状组织 。
ＺＨＯＵ ｉ ｘａ ｇ Ｓ ｏ ｇ ｈ ａ Ｈａ－ ｉｎ ， ＩＳ ｎ － ｕ
（ｃｏｌ ｆ ａｅ ａｓ ｃｅｃ ｎ ｎｉｅｒ ｇＡ ｈ ｉ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈｏｏｙＭａａｓａ ４０２ Ｃ ｉａ） Ｓｈｏ ｏ Ｍ ｔ ｌＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉ ， ｎ ｕ Ｕ ｉ ｓｙｏ ｃｎｌｇ， ｎｈｎ２３０ ， ｈｎ ｒ ｉ ｎ ｅ ｔ Ｔ
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Ｖｏ．３ Ｎｏ２ １ ２ ．
Ａｐ ｉ ２ ０ ｒ ０ ６ ｌ
安 徽 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｈ ｉ ｉｅｓｔ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ．ｆ Ａｎ ｕ ｖ ｒｉ ｏ ｃ ｎ ｌｇ Ｕｎ ｙ Ｔ
第２卷 第２ ３ 期 ２０ ０６年 ４月
（ ＞ ０ ａ） ａ ｓ ｄ ｄ Ｔ ｅｒｓｌｓｏ ｓｔａｄｕｌ—ｈｓｓ ｃｏｔ ｃｕｅｗｔ ｏ ｇｎｌｅ ｉ ｎ ｃ ｕａ ５０ＭＰ ｗｓ ｔ ｉ ． ｈ ｕｔｈｗ ｔ ｏｂｅｐ ａｅ ｒｓｕｔｒ ｉ ｐｌ ｏａ ｆｒｅａｄａｉ ｌｒ ｕ ｅ ｅ ｈ ｍｉ ｒ ｈ ｙ ｒｔ ｃ
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１０ ４
安 徽 工 业 大 学 学 报
２ ０ 年 ０６
将热处理后 的钢板加工成标准拉伸试样 以及标 准 Ｖ型缺 口冲击试 样（０ ｍ×１ ｍ× ５ ｍ）测定其 １ ｍ ０ｍ ５ ｍ ， 力学性能。利用光学显微镜对试样显微组织进行分析， 利用透射电镜观察试样 的精细组织与析出情况。
参 考文 献 ：
… １雍歧龙． 微合金钢 一 物理与力学冶金【】 Ｍ． 北京： 机械工业出版社， ８． １９ ９ ｆ 康永林， ２ ］ 王艳丽， 张艳， 变形条件对高洁净微合金钢组织性能的影响［． 等． Ｊ 机械工程材料，０３ ７ ） —０ 】 ２ ０， （： １． ２ ２７
体钢 ， ～般用于高强度级别 的管线用钢 、 汽车大梁钢以及石油套管钢。 高温下 Ｎ 的析出阻止原始奥氏体晶粒 ｂ 长大， 抑制奥氏体再结 晶和阻碍再结 晶后 晶粒的长大 ， 在低温时 Ｖ的析 出能进一步细化铁素体 晶粒 ， 良 起到 好的沉淀强化效果 ， 提高钢的强度。加入钼可 以大大推迟珠光体转变 ， 贝氏体转变 。 促进 铜低温时在 — ｅ Ｆ 基体上析出 ｓ Ｃ ｔ， — ｕｏ不仅具有高 的弥散强化效果 ， ｌ 而且 ８ Ｃ 本身具有较高的塑性 ， 一ｕ 它不仅提高钢的强度 ， 同时还能提高钢的韧性 。
（ ）ｏ ａ５ ｏ℃等温
（ ）０ ｃ ｂ ５ ０。 等温
图 ２透 射 电镜 下 组 织 形 貌
（） ８ 等温 ￣５ ０
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第２ 期
周海祥等： 热处理对高强度微合金钢组织与性能的影响
１１ ４
图３ 所示的是透射电镜下析出粒子形貌 ， 可以看到等温阶段 在铁索体晶内析出的极细小的圆形碳氮化物粒子，尺寸在几个 到几十个 ｎ 。并且在 ５０ Ｃ ｍ ０ 等温过程 中， ｏ 析出粒子较少（ ３ 图 （）， ５０ Ｃ ａ）而在 ８ 等温时 Ｖ的析出粒子相对较多（ ３ｂ ） ｑ 图 （）。