Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线CCT图.docx

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Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线CCT图

Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线（CCT图）

林武;张希旺;赵延阔;李红英

【摘要】研究了Q345钢连续冷却过程中奥氏体转变过程及转变产物的组织和性能,为制定生产工艺提供参考依据,利用膨胀法结合金相-硬度法,得到不同冷却速度连续冷却时的膨胀曲线和相应的金相组织及硬度.用DTA法及膨胀法测定其临界点Ac1、Ac3,以及Ms,获得了Q345钢的连续冷却转变曲线（CCT图）,由CCT图和不同冷却速度的显微组织照片可知,当冷却速度比较低时,形成较粗大的块状铁素体和珠光体,当冷却速度大于0.5%/s时出现贝氏体,形态似针状铁素体,其形成温度在450～600℃左右,当冷却速度大于20℃/s时.发生马氏体转变,马氏体转变点约为400℃.

【期刊名称】《材料科学与工艺》

【年（卷）,期】2009（017）002

【总页数】4页（P247-250）

【关键词】Q345钢;热模拟;膨胀法;金相-硬度法;连续冷却转变曲线

【作者】林武;张希旺;赵延阔;李红英

【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083;湖南省特种设备检测中心,长沙,410004;中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083

【正文语种】中文

【中图分类】工业技术

第17卷第2期2009年4月材料科学与工艺MATERIALSSCIENCE&TECHNOLOCYVol.17No.2Apr.,2009Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线（CCT图）林武1，张希旺2，赵延阔1，李红英1（

1．中南大学材料科学与工程学院，长沙410083，E-mail:

lhying@csu．;2.湖南省特种设备检测中心，长沙410004）摘要：

研究了Q345钢连续冷却过程中奥氏体转变过程及转变产物的组织和性能，为制定生产工艺提供参考依据．利用膨胀法结合金相一硬度法，得到不同冷却速度连续冷却时的膨胀曲线和相应的金相组织及硬度，用DTA法及膨胀法测定其临界点Ac，、AC3以及Ms，获得了Q345钢的连续冷却转变曲线（CCT图）．由CCT图和不同冷却速度的显微组织照片可知，当冷却速度比较低时，形成较粗大的块状铁素体和珠光体，当冷却速度大干0.5℃/s时出现贝氏体，形态似针状铁素体，其形成温度在450~600℃左右，当冷却速度大于20℃/s时，发生马氏体转变，马氏体转变点约为400℃，关键词：

Q345钢；热模拟；膨胀法；金相一硬度法；连续冷却转变曲线中图分类号：

TC151.2文献标识码：

A文章编号：

1005-0299（2009）02-0247-04ContinuouscoolingtransformationcurveofundercoolingausteniteaboutQ345steelLINWu',ZHANGXi-wangz,ZHAOYan-kuo',LIHong-ying（1.SchoolofMaterialsSc:

ienceandEngineeringCentralSouthUniversity,Changsha410083,China,E-mail:

thying@;2.HunanSpecialEquipmentInspection&TestingCenter,Changsha410004,China）Abstract:

Transformationofausteniteandmorphologyofitsproductwithmechanicalpropertyinthecontinu-ouscoolingprocessofQ345steelwereinvestigatedinordertoprovidereferencesforindustrialproduction.Dilatometriccurveswithcorrespondingmicrostructuresandhardnessofthesaml）lescooledbydifferentcoolingrateswereobcainedbydintofdilatometricchangereferencingmicroscopictestandhardnessmeasurement.ThecriticalpointsatAci,AC3alongwithMsofQ345steelweredeterminedbydilatometrictestanddifferentialthermalanalysis（DTA）.Theresultindicatesthatmassivemorphologyofferriteandpearlitecanbeeasilyformedwhenthecoolingrateisrelativelylow;thebainite,whoseformationtemperatureisabout450~6000C,appearswhenthecoolingrateisgreaterthan0.5'C/s,anditexistsinthepatternofacicularferrite;andthatmartensitictransformation,whosephasetransitionpointisatabout400aC,occurswhenthecoolingrateisgreaterthan20℃/s.Keywords:

Q345steel;thennalmechanicalsimulation;dilatometrictest;metallographicanalysis-hardnessmeasurement;continuouscoolingtransformationcurveQ345钢用于生产中厚板已有近50年的历史，在中板厂的产量中所占比例最大、涵盖的品种规格范围也最多【¨，但是，由于Mn含量较高，形成较多的MnS夹杂物，造成严重的带状组织，导致横向性能较差，使其应用受到很大限制，针对新一轮装备改造，如何有效利用TMCP工艺最大限度挖掘其潜在性能，已引起国内外中厚板企业的收稿日期：

2006-11-27．作者简介：

林武（1962-），男，博士q共同关注L2。

1．在Q345钢中加入Nb、V、Ti等微合金元素并对钢进行控轧控冷，可有效改善钢材组织性能阳．4。

，微合金元素所形成的强碳氮化物熔点高、稳定性好、不易聚集长大，弥散分布在晶界上，在加热时有效阻止奥氏体晶粒长大，在轧制时抑制再结晶及其晶粒长大，在低温时产生析出强化作用，使板材的铁素体晶粒度提高1.5—2级，带状组织可降至1.5级以下，力学性能可达到Q390D的要求！

≯．TMCP工艺通过控制Nb、V、Ti等碳氮化物在加热及冷却过程中的同溶和析出行第17卷2期2009年4月材料科学与工艺MATERIALSVol.17No.2Apr.,2009林武1，张希旺赵延阔李红英（．中南大学材料科学与工程学院，长沙410083，E-mail:

lhying@csu．;2.湖南省特种设备检测中心，长沙410004）要：

研究了Q345钢连续冷却过程中奥氏体转变过程及转变产物的组织和性能，为制定生产工艺提供参考依据．利用膨胀法结合金相一硬度法，得到不同冷却速度连续冷却时的膨胀曲线和相应的金相组织及硬度，用DTA图和不同冷却速度的显微组织照片可知，当冷却速度比较低时，形成较粗大的块状铁素体和珠光体，当冷却速度大干0.5℃/s时出现贝氏体，形态似针状铁素体，其形成温度在450~600℃左右，当冷却速度大于200299（2009）02-0247-04ContinuouscoolingtransformationcurveofundercoolingausteniteaboutQ345steelLINWu',ZHANGXi-wangz,ZHAOYan-kuo',LIHong-ying（1.SchoolofMaterialsSc:

ienceandEngineeringCentralSouthUniversity,410083,China,E-mail:

thying@;2.SpecialEquipmentInspection&TestingCenter,Changsha410004,China）Transformationofausteniteandmorphologyofitsproductwithmechanicalpropertyinthecontinu-coolingprocessofQ345steelwereinvestigatedinordertoprovidereferencesforindustrialproduction.Dilatometriccurveswithcorrespondingmicrostructuresandhardnessofthesaml）lescooledbydifferentcoolingratesobcainedbydintofdilatometricchangereferencingmicroscopictestandhardnessmeasurement.criticalpointsatAci,AC3alongwithMsofQ345steelweredeterminedbydilatometrictestanddifferentialthermalanalysis（DTA）.Theresultindicatesthatmassivemorphologyofferriteandpearlitecanbeeasilyformedwhenthecoolingrateisrelativelylow;thebainite,whoseformationtemperatureisabout450~6000C,appearswhenthecoolingrateisgreaterthan0.5'C/s,anditexistsinthepatternofacicularferrite;andthatmartensitictransformation,whosephasetransitionpointisatabout400aC,occurswhenthecoolingisgreaterthan20℃/s.Keywords:

Q345steel;thennalmechanicalsimulation;dilatometrictest;metallographicanalysis-hardnesscoolingtransformationcurve史在中板厂的产量中所占比例最大、涵盖的品种【¨但是，由于Mn含量较高，形成较多的MnS夹杂物，造成严重的带状组织，导致横向性能较差，使其应用受到很大限制，针对新一轮装备改造，如何有效利用TMCP工艺最大限度挖掘其潜在性能，已引起国内外中厚板企业的收稿日期：

2006-1127．作者简介：

林武（1962-），男，博士qL2。

在Q345钢中加入Nb、V、Ti等微合织性能阳．4。

微合金元素所形成的强碳氮化物熔上在加热时有效阻止奥氏体晶粒长大，在轧制时抑制再结晶及其晶粒长大，在低温时产生析出强化作用，使板材的铁素体晶粒度提高1.5—2级，带状组织可降至1.5级以下，力学性能可达到Q390D的要求！

≯TMCP工艺通过控制Nb、V、Ti材料科学与工艺第17卷为，达到细化晶粒和沉淀强化的目的，进而改善产品的组织性能[6:

．然而，要制定有效的控轧控冷工艺，就要参考相应的CCT图，掌握钢中碳氮化物的固溶析出规律．到目前为止，所能查到的Q345钢的CCT图都较为粗略，为此，作者测定了Q345钢的连续冷却转变曲线（CCT图），并观测了不同冷却速度下转变产物的显微组织和硬度．1转变动力学曲线的测定速冷却膨胀曲线，其他冷却速度采用中6mm×10mm试样．实验采用膨胀法并结合金相一硬度法，膨胀曲线在Gleeble-1500热模拟机上测定．为使加热温度接近Q345钢的开轧温度和保证微合金元素的充分溶解，根据已有文献，试样的奥氏体化温度定为10000C（在2min内将试样加热至此温度），保温15min[7I.分别以13种不同的冷却速度（0.1~75℃/s）将试样冷却，获取其膨胀曲线，再由膨1.1试验方法胀曲线确定相变温度．以喷水冷却（冷却速度约试验原材料是某钢厂生产的热轧态Q345钢400℃／s）测定其Ms点．用DTA方法（以板，其化学成分如表l所示，从钢板上取样后经车2℃/mln由500℃升温到1000℃）确定其临界点削加工成函6mmx10mm和中4mmx8mm两Ac．和AC3.最后，在POLYVAR-MET金相显微种规格的试样，采用中4mmx8mm的试样测高镜进行组织观察，并测量显微硬度（HV2）．表l试验用Q345钢的化学成分（质量分数／%）cSiMnPSNiCrCuAsAliNhVTi0.140.401.360.0150.0040.0120.0230.0340.0090.0430.0180.0030.0151.2试验结果度一时间半对数坐标上，用连线法将各物理意义相Q345钢临界点的测定结果为Ac．=917℃，同的点连接起来，同时在该坐标上标出Ac．、AC3和Ac，=770℃，Ms—400℃．根据不同冷却速度膨胀Ms，即可以绘出罔l的CCT图．图1中，冷却曲线曲线上的拐点（切点或极值点），结合金相组织，确旁的数字为冷却速度，冷却曲线下端的数字为以此定的相变温度见表

2．将表2中的相变点绘制到温速度冷却后试样的室温维氏硬度值（HV2）．表2不同冷却速度下的相变温度冷却速度／（℃s“）A-F开始A—P开始A—P结束A-*BA-M开始金相组织O.I0.51.02.55.010.015.020.O25.030.O45.060.O75.O715660660660650625590590570553562400400400400400400F+PF+P+B（少量）F+P+BF+P+BF+P（少量）+BF+P（少量）+BF+BF+B+MF+B+MF+B+MF+B+MF+B+MF+M肾立_‘101001000fl引'H]A图lQ345钢的CCT图2分析与讨论2.1CCT图分析由罔l可知，当Q345钢奥氏体以不同速度连续冷却时，有先共析铁素体的析出（A—F）和珠光体转变（A—P）、贝氏体转变（A—B）以及马氏体转变（A-M）．当冷却速度很慢（小于0.5℃／s）时，转变产物为铁素体和珠光体（F+P）冷却速度为0.5℃／s时，开始出现贝氏体（B），冷却速度为0.5~10℃／s时转变产物为铁素体、珠光体和贝氏体（F+P+B），当冷却速度为15℃/so.o.r-Ln.oo.5criLn4[-Ln55.n5Lr）Ln5Lnrr..t2508~S~2887r-.oo.80000r-r-r-c-c-.o.D\CCW硝c8c8Ctea.ocr-cLr,432-[6:

然而，要制定有效的控轧控冷工艺，就要参考相应的CCT图，掌握钢中碳氮化物的固溶析出规律．到目前为止，所能查到的Q345钢的CCT图都较为粗略，为此，作者测定了Q345钢的连续冷却转变曲线（CCT图），并观测了不同冷却速度下转变产物的显微组织和硬度．速冷却膨胀曲线，其他冷却速度采用中6mm×实验采用膨胀法并结合金相一硬度法，膨胀曲线在Gleeble-1500热模拟机上测定．为使加热温度接近Q345钢的开轧温度和保证微合金元素的充分溶解，根据已有文献，试样的奥氏体化温度定为10000C（在2min内将试样加热至此温度），保温15min[71.1试验方法胀曲线确定相变温度．以喷水冷却（冷却速度约℃/mln由500℃升温到1000℃）确定其临界点削加工成函6mmx10mm和中4mmx8mm两Ac．和AC3.最后，在POLYVAR-MET金相显微种规格的试样，采用中4mmx8mm的试样测高表l试验用Q345钢的化学成分（质量分数／%）cSiMnPSNiCrCuAsAliNhVTi0.140.401.360.0150.0040.0120.0230.0340.0090.0430.0180.0031.2度一时间半对数坐标上，用连线法将各物理意义相Ms—400根据不同冷却速度膨胀不同冷却速度下的相变温度A—PA—P结束A-*BA-M金相组织O.I0.51.02.55.010.015.020.O25.030.O45.060.O75.O715660650625590570553562F+PF+P+B少量）少量）+BF+BF+B+MF+M立_‘1001000fl引'H]图lQ345钢的CCT2.1图分析由罔可知当钢奥氏体以不同速度连续冷却时，有先共析铁素体的析出（A—F）和珠光体转变（A—P）、贝氏体转变（A—B）以及马氏体转变（A-M）．当冷却速度很慢小于0.5／s）时转变产物为铁素体和珠光贝氏体（B），冷却速度为0.5~10℃／s时转变产物为铁素体、珠光体和贝氏体（F+P+B），当冷却速度为15℃/so.r-Ln.o5cri4[-.nLr）rr..t08~700c-.D\CCW硝8c8Ctea.ocLr,32-第2期林武，等：

Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线（CCT网）．24

9．时珠光体基本消失，转变产物为铁素体和贝氏体（F+B）当冷却速度大于20℃/s时有马氏体转变发生，直接水冷（速度约400℃／s）时，转变产物主要为马氏体和少量游离铁素体．2.2Q345过冷奥氏体转变产物分析罔2为Q345钢原始态及部分冷却速度下得（4）原始态；（b）0.1℃/s;（c）0.5'C/s;（d）5℃/s;（e）10℃／s;（f）15'C/s;（g）20℃/s;（h）30℃／8;（i）45℃/s;（j）75℃／s图2Q345钢连续冷却转变后的金相组织等：

Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线（CCT网）249罔为钢原始态及部分冷却速度下得（4）原始态；（b）0.1℃/s;（c）0.5'C/s;（d）5℃/s;（e）10℃／s;（f）15'C/s;（g）20℃/s;（h）30℃／8;（i）45℃/s;（j）75℃／sQ345钢连续冷却转变后的金相组织·250．材料科学与工艺第到的转变产物的金相组织．由图2可知，Q345钢几乎在每种冷却速度下都有铁素体析出，只是铁索体形态随冷却速度不同会发生变化，当冷却速度较慢时，其形态以块状为主，冷却速度加快时，铁素体组织细化并且出现针状形态，当冷却速度非常快（60℃／s，75℃/s）时，则以游离铁素体存在，珠光体转变大约在冷却速度低于15℃／s时发生，随着冷却速度的增加，珠光体组织由较粗形态珠光体过渡为较细的索氏体和屈氏体，并且数量减少，而贝氏体转变的冷却速度范围非常宽，在冷却速度为0.5℃／s时，就出现少量贝氏体，其形态似针状铁素体，冷却速度加大其针状组织变细，而且，在速度很快时以马氏体为主的显微组织里也会有少量贝氏体存在，在冷却速度大于20℃／s时，发生马氏体转变，其形貌主要是板条状马氏体．2.3CCT图的比较图3为查阅到的Q345钢的CCT图【8]，其奥氏体化温度较低（<900℃），冷却速度范围较窄（1~30℃/s）.而作者测定的CCT图采用了更接近冶金厂生产实际的奥氏体化温度，奥氏体连续冷却速度为0.1~75℃／s，涵盖了Q345钢加工热处理过程中的冷却速度范围，】000800SJ600建400200o．．'．、——t一开始转西j一结束转尘、…．1CC/s{--5C/si-10'C/s!

-20'C/s：

-30qC/s一～模拟现扬ll10.1110100100010000，，时间／s图3Q345钢的CCT图18一图4为已发表的16MnR钢的CCT图‘9]800遗600赠400200O110100100010000时间／s图416MnR钢的CCT图16MnR钢与Q345钢的主要化学成分相同，但Q345钢添加了Nb、Ti、V等微合金元素，因而Q345的曲线左移，这是因为Nb等微合金元素能够延缓再结晶，细化奥氏体晶粒，有利于奥氏体的分解，降低了奥氏体的稳定性，另外，微合金元素的添加有利于铁素体和贝氏体的析出‘101，扩展了贝氏体形成区域，但对