1、第44卷第7期2 0 2 3 年 7 月材 料 热 处 理 学 报TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENTVol.44 No.7July2023DOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2022-0611Ti-Mo 铁素体基微合金钢的连续冷却转变行为杨洪波1,孙佳通1,赵贺然1,王 豪1,亓伟伟2(1.西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西 西安 710055;2.山东钢铁股份有限公司莱芜分公司技术中心,山东 济南 271100)摘 要:利用 Gleeble 3800 热模拟实验机分别获得了 Ti-Mo 铁素体基微合金钢在静态和动态
2、经不同速率冷却后的温度-膨胀量曲线,结合金相法绘制了 Ti-Mo 微合金钢的连续冷却转变(CCT)曲线。结果表明:无论是静态 CCT 还是动态 CCT,随着冷却速率的增大,实验钢的珠光体与铁素体均减少,贝氏体体积分数增加,当冷却速率达到 30 /s 时,组织全部为贝氏体。实验钢铁素体相变的开始温度为 800,压缩变形扩大了珠光体相区使其向左扩张,缩小了贝氏体相区,并降低铁素体转变开始温度。在制定控轧控冷工艺时,为了使实验钢在卷取过程中获得铁素体+粒状贝氏体组织,从而进一步优化强韧性能,建议 Ti-Mo 铁素体基微合金钢终轧温度应高于 800,轧后冷却速率应高于 30 /s,并且要在贝氏体相变高
3、温区完成卷取。关键词:Ti-Mo 微合金钢;CCT;微观组织;冷却速率;维氏硬度中图分类号:TG142.1 文献标志码:A 文章编号:1009-6264(2023)07-0127-07收稿日期:2022-12-01 修订日期:2023-02-27基金项目:陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2021JM369)作者简介:杨洪波(1980),女,副教授,博士,主要研究方向为高强钢组织性能研究,E-mail:yanghongbo_0413 。引用格式:杨洪波,孙佳通,赵贺然,等.Ti-Mo 铁素体基微合金钢的连续冷却转变行为J.材料热处理学报,2023,44(7):127-133.YANG Hon
4、g-bo,SUN Jia-tong,ZHAO He-ran,et al.Continuous cooling transformation behavior of Ti-Mo ferrite-based microalloyed steelJ.Transactions of Materials and Heat Treatment,2023,44(7):127-133.Continuous cooling transformation behavior of Ti-Mo ferrite-based microalloyed steelYANG Hong-bo1,SUN Jia-tong1,ZH
5、AO He-ran1,WANG Hao1,QI Wei-wei2(1.School of Metallurgical Engineering,Xian University of Architecture and Technology,Xian 710055,China;2.Technical Center,Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co Ltd,Jinan 271100,China)Abstract:The temperature-expansion curves of Ti-Mo ferrite-based microalloyed s
6、teel after static and dynamic cooling at different rates were obtained by using Gleeble 3800 thermal simulation machine,and the continuous cooling transformation(CCT)curves of the Ti-Mo microalloyed steel were drawn by the metallographic method.The results show that whether it is static CCT or dynam
7、ic CCT,with the increase of cooling rate,the pearlite and ferrite of the experimental steel decrease and the volume fraction of bainite increases.When the cooling rate reaches 30 /s,the microstructure is all bainite.The starting temperature of ferrite transformation of the experimental steel is abou
8、t 800.The compression deformation expands the pearlite phase zone to the left,reduces the bainite phase zone,and reduces the starting temperature of ferrite transformation.When formulating the controlled rolling and cooling process,in order to make the experimental steel obtain ferrite+granular bain
9、ite structure during the coiling process,to further optimize the strength and toughness,it is suggested that the final rolling temperature of the Ti-Mo ferrite-based microalloyed steel should be higher than 800,the cooling rate after rolling should be higher than 30 /s,and the coiling should be comp
10、leted in the high temperature zone of bainite transformation.Keywords:Ti-Mo microalloyed steel;CCT;microstructure;cooling rate;Vickers hardness 向铁素体基微合金钢中加入 Nb、V、Ti、Mo 等一种或几种合金元素,通过固溶强化、细晶强化、位错强化、析出强化方式可使这类钢获得良好的强韧性能匹配1-3。Ti 作为我国储量较多的合金元素,价格相对低廉,添加相同量时成本约是 Nb 的 1/10、V 的 1/5。因此,向钢中添加微合金元素 Ti 不但可利用其强化
11、作用提高钢铁材料的力学性能,还可以降低生产成本4。Mo 一般会以复合碳化物的形式析出,比单一型碳化物更细小,降低了铁素体与碳(氮)化物的界面能,从而具有更大的形核率5-8。因此,Ti-Mo 微合 材 料 热 处 理 学 报第 44 卷金钢表现出的优势逐渐得到了业内人士的关注9-10。微观组织形貌及析出物特征是 Ti-Mo 微合金钢获得良好强韧性能匹配的主要影响因素,而合适的热加工工艺参数是获得理想微观组织的关键11-13。因此,近几年关于此类微合金钢的研究更多集中于热加工工艺参数对析出粒子特征的影响方面,并且取得了许多有价值的研究成果14-17。衣海龙等18将 Ti-Mo 微合金钢在 5507
12、00 保温,研究发现保温温度较高时,界面移动速率与元素扩散速率匹配较好,析出物有足够的时间与过饱和度在界面产生相间析出;当温度较低时,铁素体相变驱动力较大,而元素扩散速率较小,使得相界面移动速率大于析出物的析出速率,使得析出物主要呈弥散状析出。Huang 等19指出终轧温度为 900 时 Ti-Mo 微合金具有较好的强韧性能匹配,此时屈服强度的提高主要归因于位错强化与析出强化;而奥氏体中析出的粒子可细化晶粒,铁素体中析出的粒子可提高强度,使得该钢种具有较高强度的同时还保留一定的韧性。Bikmukhametov 等20对比了 Ti-Mo 微合金钢在不同应变下析出物特征,指出应变水平不影响析出物的
13、平均组 成,并 且 在 所 有 控 轧 控 冷 条 件 下 均 接近 Ti0.42Mo0.27C0.31。由以上研究成果可知,在适当的工艺条件下可使Ti-Mo 微合金钢基体中析出细小的第二相粒子,进而获得良好的强韧性能匹配。相关研究多集中于实验室条件下 Ti-Mo 微合金钢析出粒子特征以及加工工艺的优化上,少有研究 Ti-Mo 铁素体基微合金钢连续冷却过程中相变规律的报道21-22。由动态 CCT 曲线可以获得实验钢随温度和冷却速度的相变规律,连续冷却转变规律是控轧控冷工艺正确制订的依据23。因此,本文对 Ti-Mo 铁素体基微合金钢的连续冷却转变过程进行了研究,分别建立了动态和静态连续冷却转
14、变(CCT)曲线,可为工艺制度的正确制订提供重要的理论依据。1 实验材料及方法1.1 实验材料 实验所用材料为自主设计的 Ti-Mo 铁素体基微合金钢,采用真空感应炉冶炼,每炉 50 kg,其化学成分如表 1 所示。冶炼后浇铸成钢 锭,并 锻 造 成30 mm130 mm 的板坯,然后经两道次轧制成厚度为12 mm 的钢板。在热轧板上沿着轧制方向切取中心挖槽圆棒状热模拟样品(图 1 所示)进行 Ti-Mo 铁素体基微合金钢连续冷却转变规律的研究。表 1 实验钢的化学成分(质量分数,%)Table 1 Chemical composition of the experimental steel(
15、mass fraction,%)CSiMnPSTiMoAlT.ONFe0.0250.1881.470.00610.00530.01630.08450.00240.00300.0024Bal.图 1 热模拟样品尺寸示意图Fig.1 Schematic diagram of thermal simulation sample dimension1.2 实验方法 在 Gleeble 3800 型热模拟实验机上应用热膨胀法分别建立了实验钢的静态和动态 CCT 曲线。将热模拟所得试样在靠近热电偶焊点两端 2 mm 处横向切割并镶样,用砂纸打磨电偶丝表面焊接处,使用4 vol%硝酸酒精溶液对抛光表面腐蚀
16、8 s 后通过GX51 型光学显微镜(OM)和 Gemini SEM 300 型扫描电镜(SEM)观察组织形貌。利用 SBH-5 型超声维氏硬度计对样品的维氏硬度进行测量,加载载荷为200 g,持续时间 10 s,每个样品测量 20 个点,取平均值作为最终结果。热模拟具体实验方案如下:1)静态 CCT 曲线的测定。将热模拟样品以10 /s 升高至1200 保温3 min,然后以10 /s 的速率冷却至 900 保温 3 min,随后分别以 0.1、0.5、2、5、10、20 和 30 /s 的速率冷却至室温。2)动态 CCT 曲线的测定。将热模拟样品以10 /s 加热至1200 保温3 min,然后以10 /s 的速率冷却至 900 保温 3 min,并进行单道次压缩变形,应变率为 1/s,总变形量为工程应变 20%,随后分别以 0.1、0.2、0.5、2、5、10、20 和 30 /s 的速率冷却至室温。2 实验结果与分析2.1 冷却速率对实验钢静态连续冷却转变组织的影响 图 2 为静态 CCT 样品在光学显微镜下观察到的821第 7 期杨洪波等:Ti-Mo 铁素体基微合金钢的连续冷