Cr含量及卷取温度对热轧高强度下贝氏体钢性能的影响Lieven BRACKE 和许巍研究工程师，ArcelorMittal Global R&D Ghent, Pres. J.F. Kennedylaan 3, 9060 Zelzate, Belgium.(Received on February 12, 2015; accepted on June 10, 2015)Cr含量及卷取温度对拉伸性能和一种超高强度热轧下贝氏体钢显微组织的影响已通过 实验室模拟评价。它表明，铬的增加，降低了屈服强度，但增加了拉伸强度和伸长率。这一 评价基于对两种卷取温度（425。和500）进行的测试。对于卷取温度在500 C的时候， 影响直接归因于效果是直接归因于次级阶段增加分数的存在，主要是马氏体-奥氏体岛。在 低卷取温度（425 C）时，一条由粒状和下贝氏体组成的带状组织出现。对于高Cr水平， 粒状贝氏体组织中含有较多的马氏体-奥氏体岛，解释了低屈服强度，高抗拉强度，和高延 伸率。它表明，下贝氏体在卷取之前形成，而粒状贝氏体在慢卷冷却过程中形成。由于一个 更高的下贝氏体分数，卷取温度在425 C时的屈服强度和抗拉强度比500 C时高。关键词：热轧超高强度钢；贝氏体；Cr含量；卷取温度；拉伸性能；微观组织；偏析。1. 简介热轧下贝氏体钢是对于非常高的强度必须结合一定程度的延展性的应用的合适的候选 材料。典型的应用包括卡车和拖车的零件，重型设备和一般机械工程。要获得合适的性能， 化学成分和加工的优化组合是必需的。对于低合金C-Mn钢，Cr、Mo、B通常被添加抑制铁 素体的形成，并且在连续冷却过程中增加贝氏体的淬透性。1-5 -贝氏体钢，为了优化淬透 性而不过多地影响焊接性能，Cr含量通常小于1重量%的5,6）。B减慢铁素体形核由于它 的奥氏体晶界偏析。7-1因此，在固溶体时，B是唯一有效的硬化元素，因此没有形成BN。 这可以被做到通过添加一种和N更高亲和力的元素，例如TI8）。当与B 一起使用时，9） Mo在提高淬透性方面是尤其有效的。除了化学成分，主要的确定最终热轧贝氏体钢的工艺 参数是终轧温度、冷却速率和卷取温度。6当在非重结晶温度以下轧制时（TNR），在冷却 之前变形能已经被储存在奥氏体中。这导致了一个更好的显微组织在转换后，增加了强 度.10-1然而，储存的能量也将转变CCT图时间变短，11-1导致多边形铁素体的形成具有更 高的风险和增加了需要形成下贝氏体的冷却速度。多边形铁素体的存在会降低材料的强 度.12-1在较低的相变温度下将会获得更高强度的贝氏体。1这意味着，最高强度贝氏体 的获得在刚刚高于马氏体转变温度（Ms）的时候，至少在等温转变的时候。目前的研究集中在Cr含量及卷取温度对热轧钢下贝氏体钢的拉伸行为的影响通过它们 对贝氏体相变和由此产生的微观结构的影响的研究。2、实验过程所用的材料为在实验室真空感应炉中生产出来的80公斤的铸块。化学成分如表1所示。 马氏体开始转变温度已根据安德鲁斯公式计算出（1）13）。MS （0C） = 539 - 423 wt%C - 30.4 wt%Mn-17.7 wt%Ni -12.1 wt%Cr - 7.5 wt%Mo40毫米厚的钢块被再加热到1250C。然后通过8道次热轧到最终厚度在5毫米。最后道 次的进入温度为900 C，这一道次在所有材料中的变形量为15%。基于微观结构分析，据估计，这最后的轧制道次低于Tnr三钢。热轧后的水冷的冷却速率大约为85 C/s。所有温度 通过以K型热电偶安装在每个块中的板厚中部进行测量。第一套表是水冷至450 C-正好 在Ms以上-以及在500 C卷取。另一套表是水冷至Ms，然后在425 C卷取。在主动冷 却和卷取结束的过程中，卷取模拟炉的传送时间约为20秒，这一过程中材料暴露在空气中。 在这个时间间隔测量到温度升高。在加工过程中记录的热痕迹如图1所示。拉伸试验是在室 温下用标准A50型拉伸试样进行的。微观组织标本取自面截面。抛光后，样品是用2%硝酸 酒精溶液显露晶粒晶界和渗碳体腐蚀或苦味酸酒精溶液na2s2os14）彩色蚀刻。当施加到一 个多相的微观结构，后者的蚀刻技术显示马氏体为（暗）棕色和奥氏体为明亮的白色。渗碳 体显现为黑色，铁素体为浅棕色至稻草黄色。显微组织定量分析是通过将一个10X10点网 格放在最小的三光学显微镜照片上进行的，覆盖至少15 000 jim2的表面。扫描电子显微镜（SEM）是使用带有场发射枪（FEG）的JEOL 7001F，在5 kV的条件下进行操作。化学成分 的线扫描用同样的FEG-SEM来完成，用一个牛津波长色散型X射线光谱（WDX）附件和一个 牛津能量色散X射线光谱法（EDX）附件。选择性溶解和过滤一部分的样品后，析出量是由 电感耦合等离子体发射光谱仪定量分析（ICPOES）。一个巴尔DIL805膨胀计被用来完成控制 很好的热循环。长10 mm直径5mm壁厚为1mm的管形试样在900 C再加热5分钟及采用不 同的冷却速度冷却。最终轧制后时间（s）温度最终轧制后时间（s）热轧后的冷却曲线：（a）卷曲温度在500度（b）卷曲温度在450度表1化学成分（重量，平衡：铁杂质）（在。C,根据安德鲁斯1 计算）。AlloyCSiMnCrMoTiNBMs0.90Cr0.145032.00.870.30.04100.00290.0034180.60Cr0.1440.32.00.610.30.04400.00250.0034210.30Cr0.1410.32.00.32030.04000.00230.003424表2-不同合金在卷取温度下的拉伸性能。（* =人七一A ；均匀后延伸）AlloyTcoil (C)Rp0.2 (MPa)Rm (MPa)Rp0.2/RmAu (%)AtoH%AA (%)0.90Cr4259451 0870.874.310.25.95006969220.766.012.46.40.60Cr5007228790.826.314.38.00.30Cr4251 0001 0440.962.59.46.95008098740.93381097.13结论3.1.机械性能三个不同的Cr含量和两个卷取温度的拉伸性能如图2和表2所示。随着Cr含量的增加 和卷取温度的提高,屈服强度降低（图2（a），而抗拉强度也随卷取温度的升高而降低，随 着Cr含量的增加而增加。与425 C相比，在500 C后卷取总的和均匀的延伸率较高，但 Cr的影响并不是直接的（图2（b） ）。0.30Cr合金具有最低的总均匀伸长，而0.60Cr和0.90Cr 相当类似，除了在500 C卷取温度下的总伸长率。由于对于屈服强度和拉伸强度所观察到 的不同的趋势，屈强比非常强烈地依赖于Cr水平，正如图2（c）所示。由于Cr和卷取温度的变化，不同的机械性能也示出在图3所示的拉伸曲线上。弹性和 塑性变形之间的过渡是更明确地通过与减少的Cr水平和降低的卷取温度来定义，如图3（a） 所示由虎克定律的弹性行为偏差。在塑性变形过程中（图3（b），0.30Cr在425 C的温 度下卷取只有非常有限的应变硬化能力，导致低的均匀延伸率和高的屈强比。0.90Cr材料 有更强的应变硬化能力，尤其是在500 C的温度下卷取的时候。这会导致一个明显的增加 均匀伸长。O O 11O009n&T强度Cr含量（%）O705 9一 一 M延伸率90585.01Cr含量（%）Cr含量（%）R图2-不同铭含量（含钥）和不同卷取温度（a）屈强强度m0.2和抗拉强度Rm, （b）均匀延伸率、（c）屈强比Rp0.2/Rm0012工程应力001000 8006O40WOODOCJMP真实应力真实应变200Q 4顼工程应变率（%）图3-铭的影响（含有所有钥）和卷取温度（a）该屈服行为（箭头表示从胡克定律S = 的Ee偏差）和（b）的应变硬化（箭头是根据considere标准指示均匀伸长率）。图4-在0.9cr合金贝氏体相：（a）扫描电镜显微照片图像和（b）下贝氏体的光学显微照片，卷取温度为425度，（c）的扫描电镜图像，（b）粒状贝氏体的光学显微照片，卷曲温度为500度（蚀刻剂：光学显微镜观察：Picral + Na2S2O5，扫描电镜：.硝酸）。（彩色网络版）。3.2.显微结构在本研究中使用的热轧板材中，贝氏体组织已在三个连续的冷却段形成，每一个阶段都 有不同的冷却速度。这三个部分都是快速水冷，空气冷却，由于相变和最后的缓卷冷却，这 一过程中温度实际上升高了。作为结果，形成的微观结构是复杂的和贝氏体的若干形态已被 观察到。第一个是板条状贝氏体，在板条内部和板条晶界上都存在碳化物，如图4（a）所 示，4（b）为0.90Cr合金。这种形态与通常在低温条件下等温贝氏体相变后发现的下贝氏 体（L）是非常相似的。因此，这种形式的贝氏体将被命名为“下贝氏体”。第二大贝氏体相形成由具有不同量的马氏体和奥氏体的存在的相对粗大的贝氏体铁素体晶粒组成，如图。4 （c）和4 （d）所示。这三种成分的混合体称为“粒状贝氏体”（B ）。典型的热轧板材的微观结构如图5所示，卷取后观察到的相的定量总结如表3所示。为了使观察到的具有冷却轨迹的阶段相互关联，控制热循环一直在膨胀计进行。图6 显示了在0.90Cr合金热处理后的膨胀的显微照片。从900 C骤冷到室温，冷却速度为85 C/s的试样，显示了完全马氏体组织（图6（a）。在425 C下，冷却中断15s的试样，可 以清楚地观察到下贝氏体的形成（图6（b） ）。15s后转变并不完全，通过进一步的淬火至室 温，残余奥氏体转变成马氏体。这些结果表明，热轧钢板下贝氏体在快速冷却和卷取的时间 间隔之间可以预期形成。因此，我们可以假定，粒状贝氏体在慢卷冷却过程中形成，这跟期 望从文学一致11,15）。对于冷却到450，然后在500 C卷取，对于三个Cr含量来说占 主导地位的是粒状贝氏体，但随着Cr含量的增加下贝氏体数量降低。如在第3节，下贝氏 体的形成发生在水冷结束和卷取开始之间的时间间隔。因此，在较高的Cr含量下下贝氏体 比例较低很好地证明了 Cr在这些温度下减慢贝氏体相变。一个小的，但可量化的退化珠光 体的分数也被发现在所有的Cr含量情况下。珠光体数量随Cr含量的增加而增加。表3-的主要微观结构成分的总结（四分之一厚的显微照片）（*：铁素体部分，* * *单独或粒状贝氏体 组织）。100um(b)图6-光学显微镜（a）从900度室温连续冷却，冷却速度 85度/秒，（b）中断的冷却，保持425度15秒，随后淬火（0.9cr合金空心膨胀样本）（蚀刻剂：Pical+ Na2S25 ）. （彩色网络版）Alloy Tcoil (C)Granular bainite* Lower bainite Martensite*Austenite*Pearlite0.90Cr42598