2200MPa级超高强度低合金钢的组织和力学性能
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由 图２可 知 ， 随 淬 火 温 度 的 升 高 ， 抗 拉 强 度 、洛 氏 硬度和断面收缩率先缓慢提高到最大值后开始缓慢 下降， 屈服强度则呈现出下降趋势。而延伸率和冲击
原始状态 退火
９００
奥 氏 体 化 ９００ ℃ ５分
晶粒度
８００
７００
６００
温 度 ／℃
５００
４００
３００
２００
１００
０ ０．５ １
随着淬火温度的升高， 一方面Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ和Ｎｂ等强 碳化物的溶解度增加， 奥氏体基体的合金含量也逐渐 提高， 淬火后马氏体中的碳和合金元素的饱和度也增 大， 回火后其强度会有所提高； 其次， 由于微区成分不 均匀， 特别是含碳量不均匀， 在较低的淬火温度下会 形成孪晶马氏体＋板条马氏体混合组织， 强度和硬度 较高。随着淬火温度的升高， 合金元素的扩散较快， 显 微成分均匀化程度提高， 淬火时会产生１００％板条马氏 体， 强度和硬 度下降［７－８］； 再 次， 随着淬火 温度的 升 高 ， 奥氏体晶粒尺寸增大， 相变后的马氏体板条束尺寸增
超高强度低合金钢通常采用淬火后低温回火得到 马氏体组织以获得较高的强度。４１３０、４３４０、Ｄ６ＡＣ和６１５０ 钢的含碳量依次递增， ２０５ ℃回火后其抗拉强度分别为 １ ５５０、１ ９８０、２ ０００、２ ０５０ ＭＰａ， 延伸率分别为１１％、１１％、 ８．９％和１％。降低回火温度会使抗拉强度更高， 当钢的抗拉 强度突破２ ０００ ＭＰａ时， 塑韧性明显下降， 难以投入实际应 用［１－３］。目前研究较多的韧性较高的二次硬化型超高强度 钢ＡｅｒＭｅｔ １００的抗拉强度为１ ９６０ ＭＰａ， 马氏体时 效 超 高强度钢 的抗拉强度 能达 到２ ０００ ＭＰａ［４－ ５］ ， 但 这两种 超高强度钢的合金元素高， 冶炼、热加工要求很高， 生 产成本高， 加工困难， 难以大范围推广应用。本研究拟 将 超 高 强 度 低 合 金 钢 碳 的 质 量 分 数 控 制 在 ０．５％ 左 右 ， 采用真空感应冶炼、电渣重熔等先进的冶炼技术， 有
拉伸试验在ＭＴＳ８８０型试验机上进行， 试样的标距 为２５ ｍｍ， 拉 伸 应 变 速 率 为１０－２／ｓ。 冲 击 试 验 在ＪＢＮ－ ３００Ｂ冲击机上按ＧＢ／Ｔ２２９２—１９９４进行， 采用夏比Ｖ型 缺口试样， 试验温度为－ ４０ ℃。采用三点弯曲试验方法 测量断裂韧性， 试样尺寸为１０ ｍｍ×２０ ｍｍ×１００ ｍｍ。
２ 试验结果及分析
２．１ ＣＣＴ曲线 硅能提高钢在加热和冷却时临界转变温度， 增加
过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 ， 从 而 使 钢 的 淬 透 性 提 高 ［６］。 １．７５Ｓｉ钢Ａｃ１、Ａｃ３分别比０．３７Ｓｉ钢高７０、６５ ℃， 并显著推 迟珠光体转变而对贝氏体转变则影响不大， 由于硅的 固溶强化作用， 在相同的冷却速度下其显微硬度均比 ０．３７Ｓｉ钢要高， 见图１。 ２．２ 不同热处理工艺下力学性能 ２．２．１ 不同的淬火温度
不同淬火温度的拉伸和冲击试样毛坯分别加热 到８５０、９００、９５０、１ ０００、１ ０５０、１ １００ ℃保温３０ ｍｉｎ， 油 淬， ２００ ℃回火１２０ ｍｉｎ后空冷。不同回火温度的拉伸和 冲击试样毛坯加热到９００ ℃、保温３０ ｍｉｎ油淬后分别在 １５０、１６５、１８０、２００、２４０、２７０、３００、３５０ ℃保温１２０ ｍｉｎ回 火后空冷。
效减少钢中的Ｓ、Ｐ杂质和［ Ｏ］ 、［ Ｎ］ 等气体含量， 改善夹 杂物的分布， 在不降低韧性的前提下， 研制出低成本 的２ ２００ ＭＰａ级低合金超高强度钢。
１ 试验材料及方法
试 验 用 钢 是 在４３４０基 础 上 将 碳 的 质 量 分 数 提 高 到 ０．５０％ 左 右 ， 通 过 冶 炼 手 段 控 制 质 量 分 数 Ｓ ≤ ０．００５％、Ｐ≤０．０１０％和 气 体 含 量 ， 其 硅 的 质 量 分 数 有 ０．３７％Ｓｉ和１．７５％Ｓｉ两种， 分别称为０．３７Ｓｉ钢和１．７５Ｓｉ钢。
试验钢在２００ ｋｇ真空感应炉中冶炼， 浇注成Ф１２５ ｍｍ钢锭。钢锭在５００ ｋｇ电渣炉中进行电渣重熔处理， 得到Ф１８５ ｍｍ钢锭。电渣前后钢锭均进行８００ ℃×４ ｈ 退火。Ф１８５ ｍｍ钢锭在加热炉中加热到１ １９０～１ ２２０ ℃，
! 收稿日期： ２００５－ ０９－ １３； 修回日期： ２００５－ １０－ １９ 作者简介： 范长刚（ １９６５－ ） ， 男， 高级工程师， 在读博士， 电话： ０１０－ ６２１８２７９１， Ｅ－ ｍａｉｌ： ｃｈａｎｇｇａｎｇｆａｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
在１５０～３５０ ℃温度范围内， 随着回火温度提高， 两 种钢的抗拉 强度 、洛 氏 硬 度 都 呈 线 性 下 降 趋 势 ， 断 面
第 ２９ 卷 第 ２ 期
２００６年
３月
兵器材料科学与工程 ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．， ２００６
２ ２００ ＭＰａ级超高强度低合金钢的组织和力学性能!
范长刚１， ２， 董瀚１， ２， 时捷１， ２， 刘燕林３， 雍岐龙２， 惠卫军２， 王毛球２， 翁宇庆２， ４
从冲击试样上切取金相试样， 经研磨 、抛光及２％ 硝 酸 酒 精 溶 液 浸 蚀 后 在Ｎｅｏｐｈｏｔ２Ⅱ 型 金 相 显 微 镜 上 观 察微观组织。在Ｓ－ ４ ３００型扫描电子显微镜（ ＳＥＭ） 上观 察冲击断口形貌。在Ｈ－ ８００型透射电镜（ ＴＥＭ） 上观察 显微组织。从拉伸试样螺纹部分切取残余奥氏体（ Ａｒ） 测定样， 经研磨、抛光及１０％草酸溶液电解浸蚀去应力 后， 在ＰＨＩＬＩＰＳ全自动Ｘ射线衍射仪ＡＰＤ－ １０上测量Ａｒ 体积分数φ（ Ａｒ） 。
１０
１０２
１０３
１０４
１０５
时 间 ／ｓ
ａ—０．３７ Ｓｉ 钢
ａ—０．３７ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
原始状态 退火
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奥 氏 体 化 ９００ ℃ ５分
晶粒度
８００
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温 度 ／℃
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１０３
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时 间 ／ｓ
ｂ—１．７５Ｓｉ 钢
ｂ—１．７５ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
中图分类号： ＴＧ１４２．１
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－ ２４４Ｘ（ ２００６） ０２－ ００３１－ ０４
Ｍｉｃｒ ｏｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ ２ ２００ ＭＰａ ｇｒ ａｄｅ ｕｌｔｒ ａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒ ｅｎｇｔｈ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌｓ
３２
兵器材料科学与工程
第 ２９ 卷
用３ ｔ锻造机锻成４０～５０ ｍｍ厚的钢坯， 锻后空冷并进行 ６５０ ℃×４ ｈ回火， 然后再加热到９４０～９６０ ℃， ９１０～９３０ ℃ 开轧， 得到１２ ｍｍ厚钢板。试验钢经过７２０ ℃×１０ ｈ的退 火 处 理 后 ， 加 工 成 标 准 拉 伸 试 样 （ Ｌ０＝５ｄ０， ｄ０＝５ ｍｍ） 和 冲 击试样（ １０ ｍｍ×１０ ｍｍ×５５ ｍｍ） 的 毛 坯 ， 经 过 不 同 热处理及精加工后， 测试其力学性能。
０．３７Ｓｉ 钢 １２ ｍｍ×４００ ｍｍ×６００ ｍｍ钢 板 先 加 热 到 ９５０℃保温６０ ｍｉｎ空冷正火， 然后加热到９００ ℃保温６０ ｍｉｎ空淬， １６５ ℃保温２４０ ｍｉｎ回火后空冷。拉伸和冲击 试样毛坯加热到９００ ℃保温３０ ｍｉｎ后油淬试样， 经过 ２００ ℃×１２０ ｍｉｎ回火并空冷， 精加工后测量其低温冲 击吸收功。
３１５１０３， Ｃｈｉｎａ； ４．Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００７１１， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｃｌｅａｎ ｓｔｅｅｌｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ２ ２００ ＭＰａ ｇｒａｄｅ ｓｔｅｅｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｌａｔｈ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ， εｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ ａ ｌｉｔｔｌｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｅｄ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． ０．５％ ｃａｒｂｏｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｔｅｅｌｓ ｔｏ ２ ２００ ＭＰａ， １．７５％ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｂｏｕｔ １００ ＭＰａ ｉｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ， ｉｔ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ２ ２００ ＭＰａ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ２７０ ℃． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌｓ； ｕｌｔｒａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ； ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
第２期
范长刚等： ２ ２００ ＭＰａ级超高强度低合金钢的组织和力学性能
３３
大， 强度和硬度下降。 不 同 淬 火 温 度 下 冲 击 试 样 断 口 的 ＳＥＭ观 察 表 明 ，
在９５０ ℃以下淬火， 断口呈准解理＋韧窝的形貌特征。 当淬火温度更高时， 断口以准解理为主， 韧窝所占比 例下降， 且解理面变大， 韧窝变浅， 冲击吸收功下降， 见图３。 ２．２．２ 不同的回火温度
图１ 试验钢的连续冷却转变（ ＣＣＴ） 曲线
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ
吸 收 功 随 淬 火 温 度 升 高 分 别 在８％～１０％、１０～１３Ｊ范 围 内变化， 变化不明显。经９００ ℃淬火和２００ ℃回火后试 验钢的抗拉强度均在２ ２００ ＭＰａ以上。
（ １．钢铁研究总院 结构材料研究所， 北京 １０００８１； ２．先进钢铁材料技术国家工程研究中心， 北京 １０００８１； ３．中国兵器科学研究院 宁波分院， 宁波 ３１５１０３； ４．中国金属学会， 北京 １００７１１）
ห้องสมุดไป่ตู้
摘 要： 研究了两种不同硅含量超高强度低合金钢在不同热处理下的力学性能 ， 分析了 硅对２ ２００ ＭＰａ级超高强度钢力学
性能的影响。结果表明， 试验钢经淬火及低温回火后得到板条马氏体、ε碳化物和少量残余奥氏体组织。碳的质量分数为
０．５％能使钢的强度达到２ ２００ ＭＰａ。添加１．７５％质量 分数的硅使钢的强度提高约１００ ＭＰａ， 其抗回火稳定性高， 在２７０ ℃回
火下其抗拉强度仍在２ ２００ ＭＰａ以上。
关键词： 低合金； 超高强度钢； 力学性能； 组织
ＦＡＮ Ｃｈａｎｇ－ ｇａｎｇ１， ２， ＤＯＮＧ Ｈａｎ１， ２， ＳＨＩ Ｊｉｅ１， ２， ＬＩＵ Ｙａｎ－ ｌｉｎ３， ＹＯＮＧ Ｑｉ－ ｌｏｎｇ２， ＨＵＩ Ｗｅｉ－ ｊｕｎ２， ＷＡＮＧ Ｍａｏ－ ｑｉｕ２， ＷＥＮＧ Ｙｕ－ ｑｉｎｇ２，４
（ １．Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｎｉｎｇｂｏ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｎｉｎｇｂｏ
原始状态 退火
９００
奥 氏 体 化 ９００ ℃ ５分
晶粒度
８００
７００
６００
温 度 ／℃
５００
４００
３００
２００
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０ ０．５ １
随着淬火温度的升高， 一方面Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ和Ｎｂ等强 碳化物的溶解度增加， 奥氏体基体的合金含量也逐渐 提高， 淬火后马氏体中的碳和合金元素的饱和度也增 大， 回火后其强度会有所提高； 其次， 由于微区成分不 均匀， 特别是含碳量不均匀， 在较低的淬火温度下会 形成孪晶马氏体＋板条马氏体混合组织， 强度和硬度 较高。随着淬火温度的升高， 合金元素的扩散较快， 显 微成分均匀化程度提高， 淬火时会产生１００％板条马氏 体， 强度和硬 度下降［７－８］； 再 次， 随着淬火 温度的 升 高 ， 奥氏体晶粒尺寸增大， 相变后的马氏体板条束尺寸增
超高强度低合金钢通常采用淬火后低温回火得到 马氏体组织以获得较高的强度。４１３０、４３４０、Ｄ６ＡＣ和６１５０ 钢的含碳量依次递增， ２０５ ℃回火后其抗拉强度分别为 １ ５５０、１ ９８０、２ ０００、２ ０５０ ＭＰａ， 延伸率分别为１１％、１１％、 ８．９％和１％。降低回火温度会使抗拉强度更高， 当钢的抗拉 强度突破２ ０００ ＭＰａ时， 塑韧性明显下降， 难以投入实际应 用［１－３］。目前研究较多的韧性较高的二次硬化型超高强度 钢ＡｅｒＭｅｔ １００的抗拉强度为１ ９６０ ＭＰａ， 马氏体时 效 超 高强度钢 的抗拉强度 能达 到２ ０００ ＭＰａ［４－ ５］ ， 但 这两种 超高强度钢的合金元素高， 冶炼、热加工要求很高， 生 产成本高， 加工困难， 难以大范围推广应用。本研究拟 将 超 高 强 度 低 合 金 钢 碳 的 质 量 分 数 控 制 在 ０．５％ 左 右 ， 采用真空感应冶炼、电渣重熔等先进的冶炼技术， 有
拉伸试验在ＭＴＳ８８０型试验机上进行， 试样的标距 为２５ ｍｍ， 拉 伸 应 变 速 率 为１０－２／ｓ。 冲 击 试 验 在ＪＢＮ－ ３００Ｂ冲击机上按ＧＢ／Ｔ２２９２—１９９４进行， 采用夏比Ｖ型 缺口试样， 试验温度为－ ４０ ℃。采用三点弯曲试验方法 测量断裂韧性， 试样尺寸为１０ ｍｍ×２０ ｍｍ×１００ ｍｍ。
２ 试验结果及分析
２．１ ＣＣＴ曲线 硅能提高钢在加热和冷却时临界转变温度， 增加
过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 ， 从 而 使 钢 的 淬 透 性 提 高 ［６］。 １．７５Ｓｉ钢Ａｃ１、Ａｃ３分别比０．３７Ｓｉ钢高７０、６５ ℃， 并显著推 迟珠光体转变而对贝氏体转变则影响不大， 由于硅的 固溶强化作用， 在相同的冷却速度下其显微硬度均比 ０．３７Ｓｉ钢要高， 见图１。 ２．２ 不同热处理工艺下力学性能 ２．２．１ 不同的淬火温度
不同淬火温度的拉伸和冲击试样毛坯分别加热 到８５０、９００、９５０、１ ０００、１ ０５０、１ １００ ℃保温３０ ｍｉｎ， 油 淬， ２００ ℃回火１２０ ｍｉｎ后空冷。不同回火温度的拉伸和 冲击试样毛坯加热到９００ ℃、保温３０ ｍｉｎ油淬后分别在 １５０、１６５、１８０、２００、２４０、２７０、３００、３５０ ℃保温１２０ ｍｉｎ回 火后空冷。
效减少钢中的Ｓ、Ｐ杂质和［ Ｏ］ 、［ Ｎ］ 等气体含量， 改善夹 杂物的分布， 在不降低韧性的前提下， 研制出低成本 的２ ２００ ＭＰａ级低合金超高强度钢。
１ 试验材料及方法
试 验 用 钢 是 在４３４０基 础 上 将 碳 的 质 量 分 数 提 高 到 ０．５０％ 左 右 ， 通 过 冶 炼 手 段 控 制 质 量 分 数 Ｓ ≤ ０．００５％、Ｐ≤０．０１０％和 气 体 含 量 ， 其 硅 的 质 量 分 数 有 ０．３７％Ｓｉ和１．７５％Ｓｉ两种， 分别称为０．３７Ｓｉ钢和１．７５Ｓｉ钢。
试验钢在２００ ｋｇ真空感应炉中冶炼， 浇注成Ф１２５ ｍｍ钢锭。钢锭在５００ ｋｇ电渣炉中进行电渣重熔处理， 得到Ф１８５ ｍｍ钢锭。电渣前后钢锭均进行８００ ℃×４ ｈ 退火。Ф１８５ ｍｍ钢锭在加热炉中加热到１ １９０～１ ２２０ ℃，
! 收稿日期： ２００５－ ０９－ １３； 修回日期： ２００５－ １０－ １９ 作者简介： 范长刚（ １９６５－ ） ， 男， 高级工程师， 在读博士， 电话： ０１０－ ６２１８２７９１， Ｅ－ ｍａｉｌ： ｃｈａｎｇｇａｎｇｆａｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
在１５０～３５０ ℃温度范围内， 随着回火温度提高， 两 种钢的抗拉 强度 、洛 氏 硬 度 都 呈 线 性 下 降 趋 势 ， 断 面
第 ２９ 卷 第 ２ 期
２００６年
３月
兵器材料科学与工程 ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．， ２００６
２ ２００ ＭＰａ级超高强度低合金钢的组织和力学性能!
范长刚１， ２， 董瀚１， ２， 时捷１， ２， 刘燕林３， 雍岐龙２， 惠卫军２， 王毛球２， 翁宇庆２， ４
从冲击试样上切取金相试样， 经研磨 、抛光及２％ 硝 酸 酒 精 溶 液 浸 蚀 后 在Ｎｅｏｐｈｏｔ２Ⅱ 型 金 相 显 微 镜 上 观 察微观组织。在Ｓ－ ４ ３００型扫描电子显微镜（ ＳＥＭ） 上观 察冲击断口形貌。在Ｈ－ ８００型透射电镜（ ＴＥＭ） 上观察 显微组织。从拉伸试样螺纹部分切取残余奥氏体（ Ａｒ） 测定样， 经研磨、抛光及１０％草酸溶液电解浸蚀去应力 后， 在ＰＨＩＬＩＰＳ全自动Ｘ射线衍射仪ＡＰＤ－ １０上测量Ａｒ 体积分数φ（ Ａｒ） 。
１０
１０２
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１０５
时 间 ／ｓ
ａ—０．３７ Ｓｉ 钢
ａ—０．３７ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
原始状态 退火
９００
奥 氏 体 化 ９００ ℃ ５分
晶粒度
８００
７００
６００
温 度 ／℃
５００
４００
３００
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１００
０ ０．５ １
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时 间 ／ｓ
ｂ—１．７５Ｓｉ 钢
ｂ—１．７５ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
中图分类号： ＴＧ１４２．１
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－ ２４４Ｘ（ ２００６） ０２－ ００３１－ ０４
Ｍｉｃｒ ｏｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ ２ ２００ ＭＰａ ｇｒ ａｄｅ ｕｌｔｒ ａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒ ｅｎｇｔｈ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌｓ
３２
兵器材料科学与工程
第 ２９ 卷
用３ ｔ锻造机锻成４０～５０ ｍｍ厚的钢坯， 锻后空冷并进行 ６５０ ℃×４ ｈ回火， 然后再加热到９４０～９６０ ℃， ９１０～９３０ ℃ 开轧， 得到１２ ｍｍ厚钢板。试验钢经过７２０ ℃×１０ ｈ的退 火 处 理 后 ， 加 工 成 标 准 拉 伸 试 样 （ Ｌ０＝５ｄ０， ｄ０＝５ ｍｍ） 和 冲 击试样（ １０ ｍｍ×１０ ｍｍ×５５ ｍｍ） 的 毛 坯 ， 经 过 不 同 热处理及精加工后， 测试其力学性能。
０．３７Ｓｉ 钢 １２ ｍｍ×４００ ｍｍ×６００ ｍｍ钢 板 先 加 热 到 ９５０℃保温６０ ｍｉｎ空冷正火， 然后加热到９００ ℃保温６０ ｍｉｎ空淬， １６５ ℃保温２４０ ｍｉｎ回火后空冷。拉伸和冲击 试样毛坯加热到９００ ℃保温３０ ｍｉｎ后油淬试样， 经过 ２００ ℃×１２０ ｍｉｎ回火并空冷， 精加工后测量其低温冲 击吸收功。
３１５１０３， Ｃｈｉｎａ； ４．Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００７１１， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｃｌｅａｎ ｓｔｅｅｌｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ２ ２００ ＭＰａ ｇｒａｄｅ ｓｔｅｅｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｌａｔｈ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ， εｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ ａ ｌｉｔｔｌｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｅｄ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． ０．５％ ｃａｒｂｏｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｔｅｅｌｓ ｔｏ ２ ２００ ＭＰａ， １．７５％ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｂｏｕｔ １００ ＭＰａ ｉｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ， ｉｔ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ２ ２００ ＭＰａ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ２７０ ℃． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌｓ； ｕｌｔｒａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ； ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
第２期
范长刚等： ２ ２００ ＭＰａ级超高强度低合金钢的组织和力学性能
３３
大， 强度和硬度下降。 不 同 淬 火 温 度 下 冲 击 试 样 断 口 的 ＳＥＭ观 察 表 明 ，
在９５０ ℃以下淬火， 断口呈准解理＋韧窝的形貌特征。 当淬火温度更高时， 断口以准解理为主， 韧窝所占比 例下降， 且解理面变大， 韧窝变浅， 冲击吸收功下降， 见图３。 ２．２．２ 不同的回火温度
图１ 试验钢的连续冷却转变（ ＣＣＴ） 曲线
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ
吸 收 功 随 淬 火 温 度 升 高 分 别 在８％～１０％、１０～１３Ｊ范 围 内变化， 变化不明显。经９００ ℃淬火和２００ ℃回火后试 验钢的抗拉强度均在２ ２００ ＭＰａ以上。
（ １．钢铁研究总院 结构材料研究所， 北京 １０００８１； ２．先进钢铁材料技术国家工程研究中心， 北京 １０００８１； ３．中国兵器科学研究院 宁波分院， 宁波 ３１５１０３； ４．中国金属学会， 北京 １００７１１）
ห้องสมุดไป่ตู้
摘 要： 研究了两种不同硅含量超高强度低合金钢在不同热处理下的力学性能 ， 分析了 硅对２ ２００ ＭＰａ级超高强度钢力学
性能的影响。结果表明， 试验钢经淬火及低温回火后得到板条马氏体、ε碳化物和少量残余奥氏体组织。碳的质量分数为
０．５％能使钢的强度达到２ ２００ ＭＰａ。添加１．７５％质量 分数的硅使钢的强度提高约１００ ＭＰａ， 其抗回火稳定性高， 在２７０ ℃回
火下其抗拉强度仍在２ ２００ ＭＰａ以上。
关键词： 低合金； 超高强度钢； 力学性能； 组织
ＦＡＮ Ｃｈａｎｇ－ ｇａｎｇ１， ２， ＤＯＮＧ Ｈａｎ１， ２， ＳＨＩ Ｊｉｅ１， ２， ＬＩＵ Ｙａｎ－ ｌｉｎ３， ＹＯＮＧ Ｑｉ－ ｌｏｎｇ２， ＨＵＩ Ｗｅｉ－ ｊｕｎ２， ＷＡＮＧ Ｍａｏ－ ｑｉｕ２， ＷＥＮＧ Ｙｕ－ ｑｉｎｇ２，４
（ １．Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｎｉｎｇｂｏ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｎｉｎｇｂｏ