V-Ti微合金化贝氏体非调质钢再结晶奥氏体连续冷却转变

V-Ti微合金化贝氏体非调质钢再结晶奥氏体连续冷却转变宋雪雁荆天辅刘文昌郑炀曾邓茂琦(东北重型机械学院)(长春钢铁总厂)摘要用压力膨胀仪测试了一种V-Ti微合金化贝氏体非调质钢热变形后再结晶奥氏体的连续冷却转变动力学曲线，并分析了转变产物的显微组织。实验表明，热变形后该钢不发生先共析铁素体转变的临界冷却速度为0.15℃/s。在2～0.03℃/s很宽的冷却速度范围内，贝氏体相变温度在480℃左右。所得到的贝氏体形貌为无碳化物贝氏体铁素体与残余奥氏体平行排列的板条状结构；各种冷却速度下所得的组织均可见少量TiN质点，当冷却速度大于2℃/s时，组织中无细微碳、氮化钒质点析出。关键词微合金化贝氏体连续冷却转变CONTINUOUSCOOLINGTRANSFORMATIONOFRECRYSTALLIZEDAUSTENITEFORAV-TiMICROALLOYEDBAINITEFORGINGSTEELSONGXueyanJINGTianfuLIUWenchangZHENGYangzeng(NortheastHeavyMachineryInstitute)DENGMaoqi(ChangchunIronandSteelComplex)ABSTRACTTheCCTdiagramoftherecrystallizedaustenitehasbeendeterminedforaV-Timicroalloyedbainiteforgingsteel.Themicrostructureofthespecimencooledunderdifferentconditionswereanalyzed.Itisshownthatthecriticalcoolingratetoavoidproeutectoidferritefrmationis0.15℃/s.Atthecoolingraterangingfrom2to0.03℃/stheBstemperatureisabout480℃,andtheCCTdiagramhasaflattop.Thelathlikecarbidefreeferriteandretainedaustenitehasbeenobservedbytransmissionelectronmicroscope.ThesizeofTiNprecipitesislessthat50nm;fineVcarbonitrideshavenotbeenobservedwhenthecoolingrateisgreaterthan2℃/s.KEYWORDSmicroalloysteel,bainite,continuouscoolingtransformation与铁素体—珠光体非调质钢相比，贝氏体非调质钢具有更优良的强韧性配合。采用微合金化和适当的轧制工艺开发贝氏体非调质钢具有实际和理论意义，V-Ti复合微合金化钢的再结晶控轧控冷新工艺是10多年来冶金工业重要的进展之一。本文研究了一种V-Ti复合加入硅、锰的贝氏体钢，分析了其热变形后再结晶奥氏体的连续冷却转变动力学及不同冷却速度下所得组织的形貌特征，为贝氏体非调质钢的生产提供参考。1实验材料与过程实验用钢为长春钢铁总厂用5t电弧炉冶炼的，化学成分(%)：0.19C，1.19Si，2.0Mn，0.20Mo，0.06V，0.01Ti，0.020S，0.020P。钢锭开坯后，加热到1250℃，轧制成17mm×17mm棒材，终轧温度在950℃以上，轧后空冷至室温。CCT曲线采用压力膨胀仪测定，试样尺寸为φ8mm×12mm，热变形和冷却工艺如图1所示。其中第一次的应变速率为1＝0.5s-1，变形到ε1＝0.5；第二次变形以2＝0.5s-1的应变速率变形到ε2＝0.35，热变形后以2℃/s的速度冷却到850℃，而后再以不同的速度冷却到室温。采用上述工艺相变前奥氏体已完成再结晶。图1测定CCT图的工艺曲线Fig.1ThetechnicalprocessfortheCCTdiagram从各冷速下冷却到室温的金相试样采用10%苦味酸酒精溶液滴入少量盐酸浸蚀，而后在Neophot—21型金相显微镜下观察。TEM试样经线切割并机械减薄后在10%的高氯酸酒精溶液中双喷电解抛光至观察厚度，电解液温度保持在-40℃以下，然后用H—800透射电镜对金属薄膜试样进行分析。2实验结果2.1再结晶奥氏体的连续冷却转变动力学曲线根据压力膨胀仪记录的曲线结合硬度试验及金相分析所获得的试验用钢的连续冷却转变曲线示于图2，不同冷速下的硬度及显微组织见表1。图2CCT曲线Fig.2TheCCTdiagram表1CCT图中不同冷速下的硬度及组织Table1VariationofhardnessandmicrostructurewithdifferentcoolingconditionsintheCCTdiagram编号1234567v/℃*s-1155210.50.10.03HV463449393367347312296组织MMM+B少量M+BB少量F+BF+B2.2连续冷却转变所得的组织形貌对CCT图中各冷速下的试样进行光学显微组织观察，其结果见图3。图3不同冷却速度试样的金相组织Fig.3Theopticalmicrostructureofthesteelunderdifferentcoolingconditions(a)5℃/s时得到的全马氏体组织；(b)2℃/s时得到的马氏体与贝氏体的混合组织；(c)0.5℃/s时得到的全贝氏体组织；(d)0.03℃/s时为先共析铁素体与贝氏体的混合组织由图2、3可见，当冷速(v)＞5℃/s时得到板条状马氏体组织；当1＜v＜5℃/s时，得到马氏体与贝氏体的混合组织，贝氏体亦呈板条状(图3(b))；当v＝0.5℃/s时，得到全贝氏体组织；当v＜0.1℃/s时，有先共析铁素体沿原奥氏体晶界析出。对冷速为15℃/s时的试样进行原始奥氏体晶界浸蚀，通过金相观察表明，经图1的热加工和冷却工艺，实验用钢相变前奥氏体已完全再结晶(图4)。图4相变前的原始奥氏体晶界Fig.4Theoriginalaustenitegrainboundariesbeforephasetransformation对冷速为0.5℃/s的试样进行透射电子显微分析。结果表明，贝氏体由无碳化物贝氏体铁素体与残余奥氏体平行排列的板条状结构组成(图5)，其结构不同于典型的上、下贝氏体及粒状贝氏体。对各种冷速下的组织进行TEM分析，结果表明，组织中可见部分方形TiN质点分布。TiN粒子尺寸在50nm以下(图6)。此外，当冷速v＞2℃/s时，室温组织中未观察到析出的含钒的碳、氮化物质点。3分析和讨论3.1实验用钢连续冷却转变曲线的特点实验所用的低碳低合金钢经热变形和再结晶后，CCT曲线的高温铁素体转变区和中温贝氏体转变区明显分开，在冷速v＞0.1℃/s的范围内不发生先共析铁素体转变。连续冷却转变的贝氏体压相变开始温度(Bs)较低，约在480℃左右；贝氏体转变曲线在2～0.03℃/s的冷却速度范围内具有平坦的顶部。由图3的热变形后金相显微组织可见，在2～0.03℃/s的范围内冷却时得到的贝氏体，其板条宽并无明显变化，这与实验用钢在此冷速范围内具有相同的贝氏体转变开始温度有直接关系。3.2多元微合金化在贝氏体非调质钢中的作用由图3可见，实验用钢经热变形和再结晶后，各图5板条状贝氏体结构Fig.5Morphologyoflath-likebainite(a)奥氏体明场象；(b)奥氏体暗场象；(c)奥氏体〈111〉衍射斑点图6方形TiN质点Fig.6TEMmorphologyoftheTiNprecipitates种冷速下所得的组织均很细密，这与少量钛的晶粒细化作用有关。TEM分析结果表明，组织中TiN的质点尺寸在50nm以下，与铁素体—珠光体钢相同，这些细小的方形的TiN质点是在热变形前的高温阶段析出的，在后续的形变再结晶过程中可有效地控制相变前的原始奥氏体晶粒尺寸，并影响后续的贝氏体转变。实验用钢CCT曲线的高温铁素体区和中温贝氏体区明显分开，在冷速v＞0.1℃/s的范围内不发生先共析铁素体转变。CCT曲线的这种特点主要是由于合金元素Mn、V、Si、Mo的联合加入引此起的。钼强烈推迟高温转变。锰、钒于奥氏体中固溶时与碳原子具有强烈的相互作用，在γ→α转变过程中显著降低碳在奥氏体一侧的浓度梯度，抑制铁素体在原始奥氏体晶界的形成和生长，形成类拖曳作用［1］。当钢中含有硅元素时，Si-Mn间相互作用增强了锰在相界面上的偏聚，从而加强了锰的类拖曳作用［2，3］。另外，实验用钢CCT曲线具有扁平的顶部，这可能与钒元素的加入有关。这种现象在其他含钒贝氏体钢中也有报道［4］，但对钒的这一作用至今无明确的结论和解释。4结论(1)获得了实验用V-Ti微合金化贝氏体钢热变形后再结晶奥氏体CCT曲线。该钢不发生先共析铁素体转变的临界冷却速度约为0.15℃/s，在2～0.03℃/s的冷却速度范围内，贝氏体相变开始温度在480℃左右，CCT曲线中温部分具有平坦的顶部。(2)实验用钢贝氏体组织呈板条状，它们由板条状贝氏体铁素体及板条间的残余奥氏体组成。(3)含钛微合金化贝氏体钢经热变形和再结晶后连续冷却转变获得十分细小组织。基体中分布少量的TiN质点，这些质点在50nm以下，可有效地控制相变前的原始奥氏体晶粒尺寸。参考文献1康沫狂.钢中贝氏体.上海：上海科技出版社，1990.223～248.2徐祖耀.贝氏体相变与贝氏体.北京：科学出版社，1991.3LIUSK，YANGL,ZHUDG，etal.TheInfluenceoftheAlloyingElementsUpontheTransformationKineticsandMorphologiesofFerritePlatesinAlloySteels.MetallurgicalandMaterialsTransaction,1994,25A:1991.4大森靖也.钢的组织转变译文集.姚忠凯译.北京：机械工业出版社，1980.118.