1、DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2022.4053前言在过去的近二十年里，具有多相微观结构的HSLA贝氏体钢得到了广泛的研究，这些钢具有较高抗拉强度、良好的韧性和可焊性1。这种优良的综合力学性能使它们在汽车用钢、天然气和石油大直径管道运输、工程机械结构用钢、海洋工程等领域得到大量应用。通过选择不同的化学成分、热机械加工方式和冷却参数进行搭配组合，可以生成多种由多边形铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体等微观组织构成的HSLA低碳钢。其中很重要的一个影响因素为加速冷却参数的选择，例如加速冷却的初始温度、结束温度以及冷却速率，同时钢的化学成分和所采用的热机械加工方式也
2、会造成一定程度的影响2。控制轧制后的加速冷却可以产生细小的组织结构，并有利于低温转变组织的产生，如贝氏体和马氏体-奥氏体(MA)组织等。此前大多数研究旨在讨论对加速冷却过程中的微观组织的转变，但是，有关加速冷却参数对钢材组织和机械性能的影响的研究较为有限。本次试验的目的是研究冷却开始温度和冷却速率对HSLA低碳贝氏体钢的组织和机械性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）的影响，并讨论它们之间的内在关联。1试验过程试验材料的化学成分如表1所示，该钢含有21ppm 的 B，并采用 Nb、Ti 合金元素进行微合金加速冷却参数对控轧HSLA贝氏体钢组织和性能的影响李淼 肖彦忠 倪法麟 邓杭州 周敏（安阳钢铁
3、股份有限公司，河南 安阳 455004）摘要：通过使用控制轧制和加速冷却技术来研究HSLA低碳贝氏体钢的微观结构和机械性能，并分别测试不同的冷却开始温度、冷却速率等工艺参数对钢板最终微观结构和机械性能的影响。同时利用光学显微镜和电子透射显微镜评估由多边形铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体/残余奥氏体组成的复杂微观结构。关键词：贝氏体钢；控制轧制；加速冷却；机械性能；微观组织结构中图分类号：TF19文献标志码：B文章编号：1674-0971（2022）-004-04Influence of accelerated cooling parameters on microstructureand pro
4、perties of controlled rolled HSLA bainitic steelLi Miao,Xiao Yanzhong,Ni Falin,Deng Hangzhou,Zhou Min（Anyang Iron and Steel Stock Co，Ltd，Anyang,455004,Henan,China）Abstract：Controlled rolling followed by accelerated cooling was used in laboratory simulations to study themicrostructure and mechanical
5、properties of HSLA low carbon bainitic steel.The effects of processing parameters,such as cooling start temperature and cooling rates,on the final microstructure and mechanical properties were stud-ied.Optical microscopy and transmission electron microscopy were used to evaluate the complex microstr
6、ucturesconsisting of polygonal ferrite,pearlite,bainite and martensite/retained austenite constituent.Keywords:bainitic steel，controlled rolling，accelerated cooling，mechanical properties，microstructure收件日期：2022-06-20作者简介：李淼（1987），男，工程师，2010年毕业于安阳工学院机械工程系材料成型及控制工程专业，现供职于安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂技术质量室，主要从事轧钢工艺研
7、究及质量控制。特钢技术Special Steel Technology第28卷 总第113期2022年第4期Vol.28（113）2022.No.4化。通过添加适量的B和较高的Mn含量可以大大提高钢的淬透性，有利于形成含有贝氏体的多相显微组织。试验过程在3500mm炉卷轧机上进行，将钢坯加热到1200左右，并保持一定时间。控制轧制分为两阶段，粗轧阶段（临界温度以上）压下率50%，精轧阶段压下率60%，终轧温度 800以上，钢板通过高密度U形管层流装置进行冷却。为研究加速冷却参数对钢板组织和性能的影响，设定如下（图1所示）：1.冷却速率（tr）：0.5、3、10、15、20、30/S2.加速冷却
8、开始温度（Ti）：780、730、680金相检验试样是通过传统的抛光技术制备的，用2%硝酸酒精（2%硝酸和98%甲醇/乙醇）蚀刻抛光的样品，并通过光学和扫描电子显微镜(SEM)检查轧制样品的横截面。拉伸试验在室温下的MTS液压机中进行。2试验结果和讨论2.1 加速冷却参数对最终显微组织的影响实验中临界温度值为 Tnr=94010，Ar3=76010，冷却速率等于3/S，贝氏体组织转变开始温度为Bs=64010。图2显示了根据不同冷却速率而形成的具有代表性微观组织结构。在缓慢的冷却速率下存在大量的多边形铁素体（在0.5/S时高达90）（图2a)，而以较高冷却速率获得的样品中则包含大量的贝氏体组织
9、（图2b和c)和马氏体组织（图 2d)。在钢板经过轧制后，从730开始冷却时，随着冷却速率从3/S增加到15/S，微观组织结构中粒状贝氏体的体积分数增加至60-70。同时，多边形铁素体的体积分数降低到12-20，这是因为高冷却速率下铁素体转变被抑制，碳原子通过晶界扩散到剩余的奥氏体中，增加了单位体积内的碳原子浓度，从而导致未相变的奥氏体的淬透性增加。因此，冷却速率越高，发生铁素体相变的时间越短，在这种作用下，造就了大量来不及转变的奥氏体组织，这种高C奥氏体在冷却时一部分会转变为 M-A 组织，其在微观组织结构中占比大约9-13。贝氏体和M-A的形成伴随着高密度移动位错的产生，正是这种相变机制中
10、产生的结果。将冷却速率固定为10/S，测试三种冷却开始温度条件下，Nb-Ti-B钢的微观组织结构是由多边形铁素体、粒状贝氏体,并夹杂少量M-A岛组成，如图3所示。图3a的下半部分呈现出不规则的等轴形态，且取向不明显。而在上部，组织呈针状且更细，一些MA板条（最大宽度为0.3毫米）具有相同的方向并且彼此平行。与加速冷却开始温度680相比，780和730的样品中形成的针状铁素体的体积分数更高。相反的是在加速冷却开始温度较低的样品中，多边形铁素体的含量较高（图3c)，这是因为在加速冷却开始之前，其形成的时间较长。为了获得更加准确的随冷却速率演变的微观组织结果，我们使用TEM进行了更详细的观察。特钢技
11、术第28卷第4期表1 钢的化学成分，wt%Table 1 Chemical composition of steel，wt%C0.075Si0.25Mn1.72P0.021S0.002Nb+Ti0.045B0.0021N0.0046图1 热机械加工示意图Fig.1 Schematic diagram of thermomechanical processing scheduleTnr-临界温度；Ti-加速冷却开始温度冷却速率为0.5/S（a），冷却速率为10/S（b），冷却速率为20/S（c），冷却速率为30/S（d）。P珠光体；PF多边形铁氧体；M-A马氏体-奥氏体组织；AF针状铁素体；GB
12、粒状贝氏体；UB上贝氏体；B贝氏体；M马氏体。图2 控制轧制后730开始加速冷却，冷却速度对样品最终显微组织的影响Fig.2 Effect of cooling rate on final microstructure in samplesafter controlled rolling and accelerated cooling from 730(a)（b）（c）（d）12结果证实，在冷却速度较低（310/S）的样品中，主要相为多边形铁素体、粒状贝氏体以及少量的针状铁素体。随着冷却速度的增加，粒状贝氏体的体积分数增加。粒状贝氏体表现为等轴铁素体晶粒，其位错密度远高于多边形铁素体、马氏体-
13、奥氏体岛及它们之间的残余奥氏体3，如图4a所示。针状铁素体由板条状的无碳化物铁素体晶粒组成，它们之间有残留的奥氏体或马氏体层。在中间冷却速率（10-20/S）下，贝氏体相占主导地位，且观察到不含碳化物的针状铁素体和含碳化物的贝氏体，如图 4b 所示。随着冷却速率的进一步提高，达到30/S时，钢板的显微组织主要由下贝氏体和马氏体组成，如图4c所示，并含有少量针状铁素体和上贝氏体。2.2 加工参数对力学性能的影响三种加速冷却开始温度下，冷却速率对极限抗拉强度（TS）、屈服强度（YS）和总伸长率（El）的影响如图5、图6、图7所示。在最慢的冷却速度（0.5/S）下，屈服强度和极限抗拉强度具有与多边形
14、铁素体显微组织相关的最低值，相应地，伸长率超过24。在3-20/S冷却速率范围内，样品强度的增加对应于由多边形铁素体、粒状贝氏体、贝氏体和M-A岛成分组成的多相微观组织结构。在这种冷却速率下，显微组织中存在残余奥氏体对机械性能有显着影响。稳定的残余奥氏体在施加载荷后可能会转变为马氏体，并产生相变诱导效应，这有利于钢的塑性。同时由于碳的富集，残余奥氏体的硬度远高于铁素体，也有助于增加粒状贝氏体样品的强度。然而，微观结构中贝氏体和M-A岛的存在致使钢的延展性下降，这正是伸长率较低的直观反映。（图7)。在高冷却速率(30/S）下，显微组织主要由马李淼 肖彦忠 倪法麟 邓杭州 周敏：加速冷却参数对控轧
15、HSLA贝氏体钢组织和性能的影响第28卷第4期Ti=780（a）、730(b）和680（c）.PF多边形铁素体；M-A马氏体-奥氏体成分；AF针状铁素体；GB粒状贝氏体。图3 冷却速率10/S条件下，加速冷却开始温度对微观组织结构的影响Fig.3 Effect of accelerated cooling start temperature on themicrostructure in samples cooled at 10/S(a)(b)(d)冷却速率为 3/S（a），冷却速率为 15/S（b），冷却速率为30/S（c）。PF多边形铁氧体；GB粒状贝氏体；AF针状铁素体；LB下贝氏体；M
16、马氏体；RA残余奥氏体。图4.加速冷却起始温度780条件下，不同冷却速率的TEM显微照片Fig.4 TEM micrographs of the specimens at different coolingrates under the condition of accelerated cooling starttemperature 780(a)(b)(c)图5 冷却速度对抗拉强度的影响Fig.5 Effect of cooling rate on the ultimate tensile strength图6 冷却速度对屈服强度的影响Fig.6 Effect of cooling rate on the yield strength图7 冷却速度对伸长率的影响Fig.7 Effect of cooling rate on the elongation 13特钢技术第28卷第4期氏体组成，强度与显微组织具有相对应性。从730和780的曲线可以看出，在更高冷却速率下，UTS已达到几乎与马氏体组织相同的平台期。对于Ti=680时，类似的趋势更为明显，证明这与贝氏体和马氏体组成的微观组织结