奥氏体化温度和空冷速率对CFBM复相钢组织和性能的影响图.docx
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奥氏体化温度和空冷速率对CFBM复相钢组织和性能的影响图
奥氏体化温度和空冷速率对CFB/M复相钢组织和性能的影响
苑晔1
刘东雨1
彭建超1
侯世香1
刘宗德1
徐鸿1
安江英1
白秉哲2
徐雪霞2
（1.华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206;
2.清华大学先进金属材料教育部重点实验室,北京100084
摘要:
通过FormasterF热膨胀仪和Gleeble1500热/力模拟试验机分别模拟了奥氏体化温度为910和960时不同直径的无碳化物贝氏体/马氏体（CFB/M复相钢圆棒在空气中的冷却速率,采用光学显微镜和扫描电镜分析了奥氏体化温度和冷却速率对CFB/M复相钢显微组织的影响,测定了CFB/M复相钢的硬度和冲击韧度值。
结果表明,在空冷条件下,随圆棒直径增大,CFB/M复相钢的组织由无碳化物贝氏体+马氏体转变成铁素体+无碳化物贝氏体,硬度随之降低,但冲击功却显著增加。
提高奥氏体化温度,可抑制铁素体析出,使CFB/M复相钢在更大的冷速范围内获得强韧性好的CFB/M复相组织。
关键词:
无碳化物贝氏体/马氏体（CFB/M复相钢;奥氏体化温度;空冷;强韧性中图分类号:
TG142.2;TG113.25文献标识码:
A文章编号:
02546051（200712006103
Effectofaustenitizingtemperatureandaircoolingrateonmicrostructureand
propertiesoftheCFB/Msteel
YUANYe1
LIUDongyu1
PENGJianchao1
HOUShixiang1
LIUZongde1
XUHong1
ANJiangying1
BAIBingzhe2,XUXuexia2
（1.KeyLaboratoryofConditionMonitoringandControlforPowerPlantEquipmentofMinistryofEducation,NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing102206;2.KeyLaboratoryforAdvancedMaterialsofMinistryofEducation,TsinghuaUniversity,Beijing100084
Abstract:
TheprocessofaircoolingaboutCFB/Msteelbarwithdifferentdiameterafteraustenizingat910and960wassimulatedbyFormasterFthermaldilatometerandGleeble1500thermal/mechanicalsimulationmachinerespectively.Themicrostructureoftheexperimentalsteelwasobservedbyopticalmicroscopeandscanningelectronmicroscope.Thehardnessandimpacttoughnessoftheexperimentalsteelwastested.Theresultsshowthatintheaircoolingcondition,withthediameterofthesteelbarincreasing,themicrostructurechangedfromCFB+MmixedmicrostructuretoFerrite+CFBmicrostructure.Thehardnessdecreasesbuttheimpacttoughnessincreaseswiththediameteroftheexperimentalsteelbarincreasing.TheproeutectiodferriteisrestrainedandtheCFB/Mmixedmicrostructureisobtainedinawiderrangeofcoolingratewithincreasingaustenizingtemperature.Keywords:
carbidefreebainite/martensitestee;laustenizingtemperature;aircooling;strengthandtoughness作者简介:
苑晔（1979,男,黑龙江齐齐哈尔人,硕士生,主要从事高强度低碳合金钢的强韧性改善研究。
联系人:
刘东雨,教授。
电话:
010********Emai:
lliudy@ncepu.edu.cn基金项目:
国家973计划（2004CB619105;华北电力大学电力科学基金
收稿日期:
20070605
含碳量为020%~025%的MnCr钢和MnSiCr钢的8mm短拉伸试样和标准夏比冲击试样奥氏体化后空冷可获得贝氏体+马氏体复相组织。
低碳MnCr钢为典型的下贝氏体+马氏体复相组织,低碳MnSiCr钢为含有膜状残留奥氏体的CFB+M组织。
为此,将具有CFB+M组织的低碳MnSiCr钢称为空冷CFB/M复相钢。
与淬火马氏体相比,CFB+M复相组织具有较高的回火抗力,CFB+M复相组织将钢的低温回火脆性开始温度提高至360,这使钢可以在
更高温度回火,从而使钢具有较高的延迟断裂抗力和
疲劳裂纹萌生抗力、较低疲劳裂纹扩展速率[15]
。
文献[6~8]的研究表明,奥氏体化温度和奥氏体化后的冷却速率显著影响钢的组织和性能。
为此,作者就奥氏体化温度和奥氏体化后的冷却速率对空冷CFB/M复相钢的组织和性能的影响进行了试验研究。
1试验材料和方法
试验用CFB/M复相钢为上海宝山钢铁集团特殊钢分公司采用电弧炉熔炼,并经炉外精炼。
其化学成分为（质量分数,%:
022C、2~3Mn、176Si、057Cr、0016P、0002S。
热模拟的Gleeble试样和Formaster试样由60mm棒料改锻而成。
试样预备热处理工艺为700高温回火。
奥氏体化温度分别为910和960,奥氏体化后按文献[9]给出的不同直径圆棒空冷时的心部冷却速度在Gleeble1500热/力模拟试验
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金属热处理∀2007年第32卷第12期
机和FormasterF热膨胀仪上进行模拟冷却试验。
采用OLYMPUSPME3光学显微镜和FEIQUANTA200F扫描电镜观察显微组织和断口形貌。
采用JCSJ3001数字化多功能冲击试验机测定其冲击韧度,HBRV1875型布洛维硬度计测其维氏硬度。
2试验结果及分析
2.1冷却速率对钢的临界点和显微组织的影响
根据钢的高温奥氏体及其转变产物（铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体具有不同的比容,利用膨胀曲
线上所显示出的热膨胀的变化点来确定钢的临界点。
将锻后直接由700高温回火的CFB/M复相钢试样以3/min的速率加热到910奥氏体化,保温10min,然后以3/min的速率冷却以测定试验钢的Ac和Ar转变温度。
经910奥氏体化的试样,采用氩气冷却测定试验钢的马氏体转变开始温度Ms和马氏体转变结束温度M,f结果见表1。
Ac1没有获得有效值是因为试样的原始组织为回火索氏体,故不存在加热过程中珠光体向奥氏体的转变,也就不存在Ac1临界点。
而在冷却过程中由于珠光体的转变温度低,层片间距小而分辨不开,从而在光学显微镜下呈暗色块状。
作者采用直径为5、75、10、20、30、40、50mm的7种CFB/M复相钢圆棒模拟了奥氏体化后空冷的冷却速率,探讨了冷却速率对钢的临界点的
表1试验钢的转变温度（Table1Transformationtemperatureof
theexperimentalsteel（
Ac1Ac3Ar1Ar3MsMf
805
501
750
325
175
影响,结果见表2,其典型显微组织见图1。
由表2和图1可见直径为5~20mm的圆棒空冷后均可获得
无碳化物贝氏体+马氏体复相组织,而30mm的圆棒空冷后获得铁素体+无碳化物贝氏体+马氏体组织,40mm以上的圆棒空冷后获得铁素体+无碳化物贝氏体组织。
对20mm以下的圆棒空冷后获得的组织采用杠杆法计算了无碳化物贝氏体的量,结果见表3,不同直径试验钢圆棒的维氏硬度值见表4。
可见20mm左右的圆棒空冷后,随圆棒直径增加,试验钢的硬度下降较快。
表2空冷圆棒直径对试验钢临界点的影响
Table2Effectofthediameteroftheaircoolingbaron
criticalpointsoftheexperimentalsteel
圆棒直径/mm
5
7.5
10
20
304050Fs/575625610Bs/375
375
375
425
425
420420Bf/320
Ms/320325325Mf/
175
160
175
225
225
图1不同直径圆棒910奥氏体化空冷后的显微组织
（aCFB+M（20mm圆棒（bF+CFB+M（30mm圆棒（cF+CFB（50mm圆棒
Fig.1Microstructureoftheexperimentalsteelafteraustenitizingat910
andaircooling
（aCFB+M（20mmbar（bF+CFB+M（30mmbar（cF+CFB（50mmbar
表3圆棒直径对无碳化物贝氏体量的影响
Table3Theeffectofthediameteroftheexperimental
steelbarontheamountofCFB
圆棒直径/mm57.51020无碳化物贝氏体量（%20
25
32
39
注:
910奥氏体化,空冷
2.2奥氏体化温度对钢的显微组织和性能的影响
采用相同的加热和冷却速率以及相同的保温时间,只将CFB/M复相钢的奥氏体化温度提高至960以探讨奥氏体化温度对钢的显微组织的影响,空冷后表4不同直径试验钢圆棒的维氏硬度Table4Hardnessoftheexperimentalsteelbarwith
differentdiameter
圆棒直径/mm57.51020304050硬度（HV0.2
476
473
470
401
383
370
362
注:
910奥氏体化,空冷
不同直径圆棒的显微组织见图2。
与图1比较可见,奥氏体化温度提高至960后,30mm圆棒未出现先共析铁素体,而50mm圆棒仅出现少量先共析铁
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素体。
在设计CFB/M复相钢时,充分考虑了合金元素对Bs点的影响。
利用C、Mn和Cr将Bs点温度控制在400左右,以获得针状贝氏体以分割细化马氏体,利用Si抑制渗碳体析出以获得膜状残留奥氏体。
先期试验表明
[10]
CFB/M复相钢在400贝氏体等温
转变量仅14%左右,而大量贝氏体转变发生在400以下温度范围内,因此成分设计为形成分散分布的针
状无碳化物贝氏体奠定了基础。
图3a为30mm圆棒空冷后形成的无碳化物贝氏体板条,图3b为50mm圆棒空冷后形成的无碳化物贝氏体板条和块状先共析铁素体。
960奥氏体化后空冷,不同直径圆棒的硬度和冲击功结果见表5。
10~30mm的圆棒空冷后组织均为CFB+M,硬度相当,50mm的圆棒出现
了先共
图2960奥氏体化的不同直径圆棒空冷后的显微组织
（aCFB+M（20mm圆棒（bCFB+M（30mm圆棒（cF+CFB（50mm圆棒
Fig.2Microstructureoftheexperimentalsteelafteraustenitizingat960andaircooling
（aCFB+M（20mmbar（bCFB+M（30mmbar（cF+CFB（50mm
bar
图3960奥氏体化的不同直径钢棒的贝氏体形态Fig.3MorphologyofCFBinthebarofdifferentdiameter
（a30mmbar（b50mmbar
表5不同直径圆棒空冷后的硬度和冲击功Table5Hardnessandimpactenergyoftheexperiment
steelbarwithdifferentdiameterafteraircooling
圆棒直径/mm10203050硬度（HV1
484478483419AKV/J60.6
61.9
66.5
71.9
注:
960奥氏体化
析铁素体,从而使硬度下降。
但与910奥氏体化相比,其具有较高的硬度。
钢的冲击功不因出现铁素体而降低,少量铁素体的出现反而改善钢的冲击韧性。
3结论
（1随着空冷速率的降低,CFB/M复相钢的显微组织发生CFB+M#CFB+M+F#CFB+F的演变。
（2提高奥氏体化温度使CFB/M复相钢获得CFB+M组织的冷却范围变宽,少量铁素体析出降低
钢的硬度,提高钢的韧性。
参考文献:
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