低碳含磷冷轧高强钢的连续冷却转变试验

刘 浩魏远征方 芳尹云洋

(1.武钢研究院 湖北 武汉:430080;2.武汉科技大学材料与冶金学院 湖北 武汉:430081)

低碳含磷冷轧高强钢的连续冷却转变试验

刘 浩1魏远征2方 芳1尹云洋1

(1.武钢研究院 湖北 武汉:430080;2.武汉科技大学材料与冶金学院 湖北 武汉:430081)

采用热模拟实验机测定了低碳含磷冷轧高强钢在奥氏体化温度900℃变形40%时,0.1℃/s～60℃/s的不同冷却速度的相变膨胀曲线,并测定了该钢的相变点,根据转变特征和膨胀法原理绘制了低碳含磷冷轧高强钢在动态条件下的连续冷却转变(CCT)图,从检测结果可以看到低碳含磷冷轧高强钢在奥氏体化温度900℃变形40%的条件下,以60℃/s的冷却速度,冷到200℃时,其组织几乎全部为贝氏体。随着冷却速度的增加,试样的显微硬度也增加。在冷却速率很慢的时候,只能看到铁素体相变而看不到有贝氏体相变的发生。并且随着冷却速率的增加,贝氏体转变温度趋于降低,贝氏体的形貌也发生了变化。

低碳含磷冷轧高强钢;连续冷却转变曲线;相变点

在热轧控制冷却过程中,通过改变冷却条件来细化晶粒,并控制钢材热轧态组织,为冷轧准备较好的原始组织,以获得最终成品所需要的理想性能。在不同的冷却速率下,发生不同类型的相变,获得不同的相变产物,例如细化的铁素体、珠光体、贝氏体以及马氏体等各种组织和组织的混合物,以达到不同的性能[1]。

本文在Thermecmastor-Z型热模拟试验装置上利用热膨胀法测定了低碳含磷冷轧高强钢变形情况下的连续冷却转变曲线,为制定合理的控制冷却和热处理工艺提供依据,另一方面研究不同的冷却条件对实验钢的组织影响。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

实验用钢为低碳含磷冷轧高强钢,由铸坯加工成Ф8mm×12mm的圆柱试样。其化学成分如表1。

表1 实验钢的化学成分(wt%)

1.2 模拟实验方法

本实验在热模拟实验机上利用热膨胀法测定钢在连续冷却转变过程中的相变温度,实验工艺示意图见图1。具体实验方法如下:

图1 测定CCT曲线的方法示意图

(1)CCT曲线测定:把实验钢试样加热到1250℃,保温5分钟,然后以10℃/s的冷却速率冷却到900℃,压缩变形40%后,分别以0.1,0.2,0.5,1,5,10,20,50,60℃/s的速率冷却,记录冷却过程中的热膨胀曲线。

(2)将不同的工艺制度下的试样沿轴向剖开,经过研磨、抛光后采用4%的硝酸酒精溶液腐蚀,显微组织在PME3—323UN型金相显微镜下进行观察、分析。并且在FV—700型半自动数值维氏硬度计上测定显微硬度值,硬度值见表2。

表2 低碳含磷冷轧高强钢热模拟试样的显微硬度值

2 实验结果及分析

2.1 不同冷却速度时热膨胀曲线分析

在实验中所测得的热膨胀曲线示意图如图2所示;在加热过程中试样随温度升高,膨胀量逐渐增加;在随后的冷却过程中,膨胀量随着温度的降低而减小;膨胀量随温度的变化成线性关系,但是在发生相变的时候,膨胀曲线会出现转折点[2]。

从检测结果可以看到,该钢的相变点Ac3=901℃,Ac1=738℃,Ar3=893℃,Ar1=720℃,根据热膨胀曲线上膨胀量的转折点,将各相转变的开始点、结束点、相变开始温度和终了温度等通过计算机Origin软件标在以“温度-时间”为坐标的转变图上,从而绘制出如图3和图4所示的连续冷却转变图,即CCT图。

图2 连续冷却时热膨胀曲线示意图

2.2 CCT曲线及其分析

图3和图4分别是实验钢在无变形和40%变形条件下的连续冷却相变曲线(CCT)。

图3 无变形连续冷却转变曲线图

图4 40%变形条件下的连续冷却转变曲线

由图3和图4曲线可以看出,在有变形的条件下,奥氏体内部的能量增加,先共析铁素体的相变驱动力增加,加速了铁素体相变,使CCT曲线左移。变形扩大了钢的铁素体形成范围,贝氏体区缩小。图5为实验钢的显微硬度随冷却速率的变化曲线,它反映了试样的显微硬度随着不同的相变产物而变化的关系。可以看出,随着冷却速度的增加,试样的显微硬度也增加。这是因为在较低的冷却速率下,相变的产物主要是高温转变的先共析铁素体,因此硬度较低。在冷却速率为5℃/s～60℃/s之间,硬度随冷却速度的变化不明显,出现一个平缓的台阶,在变形的条件下约为HV170左右。这是由于在这个冷却范围内的相变产物主要是中温转变的贝氏体组织,虽然随冷却速率的变化,贝氏体的形貌会发生变化,但硬度变化不大。

图5 显微硬度随冷却速率变化规律

2.3 冷却速度对相变组织的影响

试样经不同冷速冷却以后,在金相显微镜下观察,结果如图6所示。用扫描电镜作进一步的观察(见图7),发现随着冷速的增加,贝氏体的形态也发生改变,呈细小、弥散分布。在有40%变形的奥氏体中,冷却速度小于5℃/s时,组织为先共析铁素体、珠光体和贝氏体组织的混合,随冷却速度的增加,铁素体、珠光体含量减少,贝氏体含量增加。

变形能够显著地增加γ晶界上高应变区的密度,从而提高了成核速率,使40%变形条件下冷却速度低的时候,出现了珠光体。如图7中所示,在冷却速率为0.1℃/s的时候,组织主要为铁素体和珠光体组织。

图6 在不同的冷却条件下所得到的实验钢的光学显微组织

图7 在不同的冷却条件下所得到的实验钢的SEM显微组织

3 结论

(1)采用热模拟实验机测定了低碳含磷冷轧高强钢不同冷却速度的相变膨胀曲线,并用Origin软件按膨胀法原理绘制了低碳含磷冷轧高强钢动态条件下的连续冷却转变(CCT)图。

(2)观测了低碳含磷冷轧高强钢不同冷却速度下的硬度和组织转变情况,分别与在变形条件下的连续冷却转变(CCT)图相匹配。

[1] Pereloma E V,Bayley C,Boyd J D.Microstructural evolution during simulated OLAC processing of a low-carbon microalloyed steel[J].Materials Science and Engineering,1996,A210:16-24.

[2] 刘宗昌,任慧平,宋义全.金属固态相变教程[M].北京:冶金工业出版社,2003.

Continuous Cooling Transformation Test on Low-Carbon Phosphorous Cold-Rolling High-Strength Steel

LIU Hao WEI Yuanzheng FANG Fang YIN Yunyang

Hot simulation test machine has determined the phase change expansion curve of low-carbon phosphorous cold rolling high strength steel at 900℃of austenizing temperature,40%of transmutation and different cooling rates from 0.1℃/s to 60℃/s,and the phase change points of the steel is also determined.According to transition characteristics and expansion principle,the continuous cooling transition(CCT)chart is drawn of the steel under the dynamic condition.It can be seen from the testing result that the steel structure,under the condition of 900℃of austenizing temperature and 40%of transmutation,is almost fully changed to bainite structure at the temperature from 900℃to 60℃at cooling rate of 60℃/s.With the increase of cooling speed,sample’s micro-hardness also increases.When cooling speed is very slow,ferrite phase change can been seen,but bainite phase change is not seen.When cooling speed increases,bainite transition temperature tends to fall and the bainite pattern also changes.

low-carbon phosphorous cold-rolling high-strength steel;continuous cooling transformation curve;transformation point

TG142.1

A

1672-3090(2010)03-0010-04

(责任编辑:栗 晓)

2009-06-29

刘 浩(1966～),男,教授级高工.E-mail:liuhao66@wisco.com.cn