采用低温急冷大压下细化铁素体组织

擒
要 ：以 ｓ ｓ ４ ０ ０为研究对象 ， 在Ｇ ｌ ｅ ｅ ｂ ｌ ｅ １ ５ ０ ０ 热模拟机上 ， 测定 了在 ８ ５ ０℃未变 形及 变形的奥
氏体 Ｃ Ｃ Ｔ曲线， 研究了低温急冷大变形条件 下变形温度 、 应变量、 过 冷度对铁索体变 形行为 以及对 铁索体 晶粒细化 的影响． 结果发现通过采用低温大变形可以得到平均 晶粒直径约为 １ ． ８ ６， ｕ ｎ 的细小 ｒ
细化 ．
３ 讨
论
wk.baidu.com
３ １ 形变诱 导铁 素体 形成机 制
通过实验 发现 ， 无论 在 ７ ２ ０℃ 还 是 在 ８ ０ ０℃
温度下变形， 所获得 的铁素体晶粒都非常细小均
匀， 如果不是形变诱导产生的铗素体或铁素体发
生 了动 态再结 晶． 那 么先 共析 铁 素体 在 形 变过 程
维普资讯 http://www.cqvip.com
４ ３ ２
东 北 大 学 学报 （ 自然 科 学 版 ）
第２ ２卷
变形后 立即 水淬 ．
通过 观察 不 同条 件下 光 学 显 微组 织 发 现 ， 如
１ ． ８ ６， ａ ｍ， 晶粒 度 测试 结果 见 图 ３ ． 这样， 在 低温 大 变行 条件下 所得 到 的铁 素 体 共 有 ３种 ： ① 形 变诱 导铁索体； ③ 动 态 再 结 晶铁 素体 ； ③ 形 变 铁 素 体 （ 由于 温度 较低 ， 铁 素体 动 态再 结 晶 不完 全 ， 一 些 先共析 铁 素体被拉 长 所致 ） ．
织． Ｙｏ ｓ ｈ ｉ ｔ ａ ｋ ａ 【 等 认为 超细 晶 粒生成 的必要条 件
压缩方 向截取 ， 经机 械 和 电解 双 喷 减 薄后 采 用透 射 电镜 分析 显微组 织 的精细 结 构 ．
１ ２ 热 模拟 实验
实验 在 Ｇ １ ｅ ｅ ｂ ｌ ｅ － １ ５ ０ ０热 模 拟机 上 进行 ， 实 验 方 案分 为 ２个部分 ． （ １ ）为 了研 究形 变 对 相 变 点 的 影 响． 本实 验 进行 了 Ｃ Ｃ Ｔ 曲 线 的 绘 制 变 形 和 未 变 形 奥 氏 体
将热 模拟试 样沿轴 线 切开， 用砂 纸打磨 后， 经 抛光和 ４ ％硝 酸 酒 精腐 蚀 ， 在 光 学显 微 镜 和 扫 描 电镜下 观察 显微组 织 ． 薄膜 试 样 在试 样 中 部垂 直
收稿 日期 ： ２ ０ ０ ０ ． １ Ｏ 一 ３ Ｏ 基盎项 且：国家 ９ ７ ３ 资助项 目（ Ｇ １ ９ ９ ８ ０ ６ １ ５ ０ ９ ） ． 作者简介：Ｎ￣ （ １ ９ ０ ８ 一） ． 女， 扛宁辽 中人， 东北太学博士研究生 刘相毕（ １ ９ ５ ３ 一 ） ， 男， 黑龙江职 鸭山人， 东北大 学教授． 博士生 导师 王国栋 （ １ ９ ４ ２ 一） ． 男， 辽 宁鞍 山人， 东北太学 教授． 博士生导师 ．
通过 Ｔ Ｅ Ｍ 照 片， 可 以非常 清 晰的 发现 ， 铁 素体 晶
内和 边界 有碳化 物 的析 出 ．
２ ． ３ 冷却速度对显微组织的影响
由图 ４可 以发 现 ， 随冷 却速 度的 加大 ， 显微组
织 明显变 细 ， 这是 由于 随过 冷度 的增 加 ， 铁 素体 的 形核 驱动力 加大 ， 形 核 率提 高 ， 使 铁素体 晶粒 得到
文献标｛ ｆ Ｉ 码 ：Ａ 中 圉分 类 号 ：Ｔ Ｇ １ ４ ２
近１ ０年来， 各 国学 者对钢铁材 料 的微 米、 亚微 米甚至更细组 织的形成机制进行 了较深入 的研究 ． 文献 ［ １ －４ ］ 表 明， 在Ａ ｔ ３ 附近进行 大变形 导 致 形变诱导铁 素体相 变和铁 素体 的动态再 结 晶可 以 获得超 细 的铁 素 体 ． Ｙ ａ ｄ ａ ＿ ５ ５等在 ＿ 热 模 拟机 上 使 ｃ Ｍｎ 钢 的铁 素体 晶粒 细 化到 ２ ～３ ， 并认 为 这 是 在低温 、 大压下 和 间歇时 间短 的共 同作用 得 到 的 ． Ｗｕ ｎ ｇ Ｙ ｏ ｎ ｇ ０ｌ Ⅸ ｌ 【 ６ ＿ 等 通过 Ｃ － Ｍｎ钢 在 热模 拟 机 上 ７ ７ ５℃ ， ８ ０ ％变形得到 ～２ 的铁 素体和珠光 体组
（ ａ ） 一５℃ ， ｓ ；（ ｂ ） 一２ ０℃ ／ ｓ ．
０＝８ ５ ０℃ ；ｅ＝ ０ ． ８ ９．
能 充分 进行 ， 导致 碳 在铁 素体 中的过 饱和 ． 这样 在
导铁 素体 、 动态再结 晶铁 素体和形 变铁 素体 ． （ ２ ） 低 温大 压下 铁素体 晶粒 细化 的 主要 机制
Ａｕ ｇ ２ ０ ０１
Ｖ０ １ ． ２ ２ ． Ｎｏ ． ４
文章 编 号 ：１ ０ ０ ５ — ３ ０ ２ ６ （ ２ ０ ０ １ ） ０ ４ ０ ４ ３ １ — ０ ４
采 用低 温急 冷 大 压 下 细化 铁 素 体 组 织
张 红梅 ，刘相 华，王 国栋
（ 东北大学 轧制技术及连 轧 自 动他国家重点实验室，辽宁 沈 阳 １ １ ０ ０ ０ ４ ）
Ｃ Ｃ Ｔ 曲线 ．
（ ２ ）采用 不 同温 度 ． 变 形量 以及过 冷度在 Ａ ｔ ３ 附近 变形 ， 通 过 微观 组织进 行 对 比， 分析 这些 因素
对 晶粒细化 的影 响 ．
为加工前 的急速 冷却、 低温医加工和大压下轧制 ．
本文以 Ｓ Ｓ ４ ０ ０为研 究对 象， 对低碳钢在 Ａ ｔ ３
维普资讯 http://www.cqvip.com
２０ ０１年 ８月
第２ ２ 卷 第４ 期
东 北 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
囝 ２ 透射电镜飘片 【 Ｔ Ｅ Ｍ】
Ｆ ｉ ｇ ２ Ｔ Ｅ Ｍ ｏ ｆ ｃ ｅ ｒ ｎ ｅ ｎ ｉ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ｒ ｒ ｉ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ
中会 被拉 长， 铁素体 晶粒将 不呈 等轴 状 ． 通过 观察 不 同条件 下光学 显 微组 织 发现 ， 当 变形 量 较 大 （ ｅ ＞１ 以上 ） 时 可 以得 到 大 量 超 细 铁 素 体 组 织 ， 这 说 明 了变形 诱发 了铁 素体相 变并 且大变 形 使铁素
的铁索体组织， 铁索体体积分数可达 ８ ５ ％以上， 在铁索体晶内和边界有碱化物析出 ． 研究表 明， 低温、 急冷、 大变形可 以有 效地提高铁索体形棱的驱动力， 增加铁索体形棱率 ， 使晶粒大大地细化 ．
关 键 词 ：低温大变形 ； 铁索体 ； 形变诱导相变 ； 碱化物 ； 过冷度 ； 晶粒 细化
有： 形变诱 导相 变 和动态 再结 晶 ．
Ｉ
铁素体边 界以渗 碳体 的 形 式 析 出， 同时在 晶界 等 畸变能较高 的 部 位或 在 驱动 力 比较 大 的 部 位， 铁 素体转变 更为迅 速 ， 碳扩散得 不到 充分进 行， 直接 以渗碳体 的形式 析 出 （ 见图 ２ ） 。 这 说 明 了形 变诱 导铁 素体 具有 块 状铁 素体 相 变 机 制 ． 其是 由碳 原 子长程扩 散和 铁 原子 短 程扩 散 耦 合相 变 的 结果 ． 这样解 释 了获 得 的超 细 晶铁素体且 铁 素体百分 含 量非常 高， 多余 的碳 将 咀何 种 形式 存 在 的 问题 和 如何 扩散的 问题 ． 但 是影 响这 些渗 碳 体在 铁 素 体
通 过测 得 的 Ｃ Ｌ ＇ Ｔ 曲线 可 以 发现 ， 以１ ０℃／ ｓ
１ 实验 方 案
１ １ 实 验 材 料
实验 钢取 自宝 钢 Ｓ Ｓ ４ ０ ０钢 ， 加 工成 直 径 为 ８ ｍｉ ｌ ｌ ， 长 １ ５ ｎ ｌ ｍ 的 柱 状 试 样， 实 验钢 的化 学 成 分 （ 质 量分 数 ， ％） 为： Ｃ ０ ． １ １ ４ ， Ｓ ｉ ０ ． ０ ２ ３ ， Ｍｎ １ ． １ ９ ， Ｐ
图ｌ （ ａ ） ， 在７ ２ ０ ℃ 变形 ， Ｅ＝１ ． ６ １水淬后 所得到 的 铁素体 的 晶粒 最为细 小 ， 铁 素体 的体积分 数最大 ， 经 晶粒 度 分 析 测 试 铁 素 体 的 晶 粒 尺 寸 平 均 为
图 １ 不 同变 形 条 件 下 的 显微 组 织
Ｆｉ ｇ １ Ｔｈ ｅ ｍｌ ｃｒ ｏｓ ｔ ｒ ｕ ｃｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅｌ ａｆ ｔ ｅ ｒ ｄｉ ｆｅｒ ｅｎ ｌ ｄｅｆ ｏｒ ｍ ａｔ ｉ ｏｎ ｏ ｏｎ ｄｉ ｌ ｉ ｏ ｎ
（ ａ ） 一 ＝７ ２ ０℃ ， ｝ ＝１ ． ６ １ ；（ ｂ ） －８ ：７ ２ ０℃ ， Ｅ ；１ ． ３ ２ ； （ ｃ ） ８ ＝８ ０ ０℃ ， ｅ 一１ ． ６ １
仔细观 察可 以发 现 ， 在 显 微组 织 中有大 量 等 轴 的、 非 常细小 的铁 素体 ， 其 晶粒尺 寸 在 １， ａ ｍ 以 Ｆ ． 铁索体 的晶粒边 界周 围分 布有黑色 组织 ， 在光 学 照片上分 辨不 出是何组 织 ，为了便 于进一步 分 析， 通过 透射 电镜对显微组 织进 行了观察， 见图 ２ ．
囝 ３ 晶粒直径的数理 统计
Ｆ ｉ ｇ ３ Ｇｒ ａ ｉ ｎ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｔ ｕ ｔ ｌ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ８＝７ ２ ０℃ ； Ｅ ＝１ ６ １
步长 ＝０ ． ５ ｆ ｚ ｍ； ｄ ０ ＝１ ８ ６ ； ＝７ ． ２ ７ ５ Ｆ ． ￣ ０ ０ ７ ： Ｎ ＝１ ２ ３ ５
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 ４期
张 红梅 等 ：采 用低 温急冷 大压下 细化 铁 素体 组织
４ ３ ３
圈 ４ 不同冷 却速度条件下的显错组织
Ｆ ｉ ｇ ４ Ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏｌ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ
０． ０ １ ６ ， Ｓ ０． ０ ０ ７ ．
的速度 冷却 时 Ａ ｒ ３约为 ７ １ ０℃ 左右 ， 因此 ， 选 择在 ７ ２ ０℃和 ８ ０ ０ ℃ 进行 大变 形 ， 用 以分 析变 形量对 晶 粒 细化 的影 响 ． 实验 方 案 为 ： ９ ０ ０℃ ， ３ｍｉ ｎ保 温． 以１ Ｏ℃／ ｓ 的冷 却 速 度 冷 却 至 ７ ２ ０℃ ． ８ ０ ０℃ ． 一 道次 变形 ， 变形 ｅ＝１ ． ６ １ ， １ ． ３ ２ ， 变形速率 １ ０ Ｓ ．
附近进行低 温急 冷大压 下量 轧制时 ， 获得 的超 细 、 等轴的铁 素体 形 成机制 以及碳 的扩散 方式进行 了
实验 研究 ．
２ 实 验 结果
２ ． １ 变形 及未 变形 Ｃ Ｏ Ｔ曲线 的绘制 通 过测 量试 样的 热膨 胀 曲线 ， 绘 制 出变形 及 未变形奥 氏体 Ｃ Ｃ Ｔ曲线 ． 通过测 得的 Ｃ Ｃ Ｔ 曲线 可 以发 现 ， 形变加速了相变， 使 Ｃ Ｃ Ｔ 曲线 向左上 方移动 ．随冷却 速度 的加快 ， Ａｒ 降低 ． ２ ． ２ 温度 、 变形 量对显 微 组织 的影响
８＝７ ２ ０℃ ： ｅ ＝１ ６ １ ．
体发生了动态再结晶， 随温度的降低， 铁素体晶粒 越细 小， 这是 因为 在较 低 温 度 下变 形 将 会 提供 更
碍
壤
多的相 变形核 位 置 、 较 高 的 形 核率 且 长 大 速度 较 慢， 组织 比较 细小 ．
３ ． ２ 碳 的扩散 行 为
通过观察 在低 温大变 形 条件 下的显 微组织 可
晶粒 粒 径 ／ ｖ ｍ
以发现 ， 在铁素 体 晶粒 边界 有 渗碳体 析 出， 即使 铁 素体 含 量高达 ８ ５ ％以上， 远 超 过 平衡 状 态 下的铁 素 体含量 ． 也未得 到珠 光 体和 马 氏体 组 织 ． 这是 因 为 在较低 温度 以较快 变形 速度 变形将 使 扩散不 可