Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线CCT图.docx

1、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450600左右,当冷却

2、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2 0 0 9年 4 月材 料 科 学 与 工 艺MATERIALS SC

3、IENCE&TECHNOLOCY Vol.17No.2Apr.,2009 Q345 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:lhyingcsu ;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

4、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450600 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

5、 - 0299(2009)02 -0247-04 Continuouscoolingtransformationcurveof undercoolingausteniteaboutQ345 steel LINWu,ZHANGXi-wangz,ZHAOYan-kuo,LIHong-ying (1.Schoolof MaterialsSc:ience andEngineeringCentralSouthUniversity, Changsha 410083,China,E-mail:thying;2. Hunan SpecialEquipmentInspection&TestingCenter,C

6、hangsha410004,China) Abstract: Transformationof austeniteandmorphologyof itsproductwithmechanicalpropertyin the continu- ous coolingprocessof Q345steel wereinvestigatedinordertoprovidereferencesfor industrial production.Dilatometriccurveswithcorrespondingmicrostructuresandhardnessof the saml)lescool

7、edbydifferentcoolingrates were obcainedby dint of dilatometric changereferencingmicroscopictestandhardnessmeasurement. The criticalpointsatAci,AC3alongwithMsof Q345steel weredeterminedbydilatometrictestanddifferentialthermalanalysis(DTA).Theresult indicatesthat massivemorphologyof ferriteandpearlite

8、 canbeeasilyformedwhenthecoolingrateis relatively low;thebainite,whoseformationtemperatureis about450600 0C ,appearswhen the coolingrateisgreaterthan 0.5C/s,anditexists in the patternof acicular ferrite; andthat martensitictransformation,whosephasetransitionpointis atabout400aC ,occurswhenthecooling

9、 rate is greaterthan20 /s. Keywords:Q345steel;thennalmechanicalsimulation;dilatometrictest;metallographicanalysis-hardness measurement; continuous coolingtransformationcurve Q345 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

10、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 ，

11、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 2 0 0 9年 4 月材料科学与工艺 MATERIALS Vol.17 No.2 Apr.,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:lhyingcsu ;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

12、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450600 左右， 当冷却速度大于 20 0299(2009)02 -0247-04 Continuouscoolingtransformationcurveof undercoolingausteniteaboutQ345 st

13、eel LIN Wu,ZHANG Xi-wangz,ZHAOYan-kuo,LIHong-ying ( 1. Schoolof MaterialsSc:ience andEngineeringCentralSouthUniversity, 410083 ,China,E-mail: thying;2. SpecialEquipmentInspection&TestingCenter,Changsha410004,China) Transformationof austeniteandmorphologyof itsproductwithmechanicalpropertyin the cont

14、inu- coolingprocessof Q345steel wereinvestigatedinordertoprovidereferencesfor industrial production. Dilatometriccurveswithcorrespondingmicrostructuresandhardnessof the saml)lescooledbydifferentcooling rates obcainedby dint of dilatometric changereferencingmicroscopictestandhardnessmeasurement. crit

15、icalpointsatAci,AC3alongwithMsof Q345steel weredeterminedbydilatometrictestanddifferential thermalanalysis(DTA).Theresult indicatesthat massivemorphologyof ferriteandpearlite canbeeasily formedwhenthecoolingrateis relatively low;thebainite,whoseformationtemperatureis about450 600 0C , appears when t

16、he coolingrateisgreaterthan 0.5C/s,anditexists in the patternof acicular ferrite; andthat martensitictransformation,whosephasetransitionpointis atabout400aC ,occurswhenthecooling is greaterthan20 /s. Key words: Q345steel;thennalmechanicalsimulation;dilatometrictest;metallographicanalysis-hardness co

17、olingtransformationcurve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 ： 2006-11 27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

18、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

19、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 10 mm 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 1000 0C（ 在 2min 内将试样加热至此温度 ） ，保温 15min7 I.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

20、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

21、数% ） cSiMnPSNiCrCuAsAliNhVTi0.14 0.401.360.0150.0040.0120.0230.0340.0090.0430.0180.0030.0151.2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

22、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 AP 开始AP 结束A-*B A-M 开始 金相组织 O.I0.51.02.55.010.015.020.O25.030.O45.060.O75.O 715660660660650625 590590570553562 400400400400400400 F+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 _ 10 10010

23、00fl引HA 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 0.510 s 时 转 变 产 物 为 铁 素 体 、 珠 光 体 和

24、 贝 氏 体 (F+P+B) ， 当冷却速 度 为 15 /s o.o.r-Ln.oo.5criLn4-Ln55.n5Lr)Ln5Lnrr.t 2508S2887r-.oo.80000r-r-r-c-c-.o.DCC W 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

25、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 1000 0C（ 在 2min 内将试样加热至此温度 ） ，保温 15min7 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/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 POLY

26、VAR-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% ） c Si Mn P S Ni Cr Cu As Ali Nh V Ti 0.14 0.40 1.36 0.015 0.004 0.012 0.023 0.034 0.009 0.043 0.018 0.003 1.2度一时间半对数坐标上 ，用连线法将各物理意义相Ms400根据不 同冷却速度膨胀不 同冷却速度下的相变温度 AP AP结束 A-*B A-M金相组织 O.I 0.5 1.0 2.5 5.0 10.0 15.0 20.O 25.0 30.O 45.

27、0 60.O 75.O 715 660 650 625 590 570 553 562 F+P F+P+B少量 ）少量 ）+B F+B F+B+M F+M立_ 100 1000 fl引H图lQ345钢的 CCT 2.1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 0.510 s 时 转 变产 物 为 铁 素

28、 体 、 珠 光 体 和 贝 氏 体 (F+P+B) ，当冷却速 度 为 15 /s o. r- Ln.o 5 cri 4 -.n Lr) rr.t 0 8 7 00 c-.D C C W硝 8c 8C t e a. oc Lr, 3 2-第 2 期 林武 ， 等：Q345 钢奥氏体连续冷却转变曲线（ CCT 网 ） 249 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 2.2 Q345 过冷奥氏体转变产物分析罔 2 为 Q34

29、5 钢原始态及部分冷却速度下得 (4)原始态 ；(b)0.1 /s;(c)0.5C/s;(d)5 /s;(e)10 s;(f)15C/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)0.5C/s;(d)5 /s;(e)10 s;(f)15C/s;( g)20 /s;(h)30 8;(i)45 /s;(j)75 s Q345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

30、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

31、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 (130 /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 0.175 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

32、结束转尘、 1CC/s -5C/s i -10 C/s! - 20 C/s： - 30qC/s一 模拟现扬 ll10.1 110100100010000 ， ， 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