双相钢冷拔钢丝的自然时效

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1991.06.022 第13毒第6期 北京科技大学学报 Vol.13No.6 1991年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov.1991 双相钢冷拔钢丝的自然时效 窦光聚·李承基 摘要：研究了09M2Si热轧态双相钢冷拔钢丝经6个月自然时效后的力学性能和显 微组织的变化。结果发现，无论是冷拔态钢丝还是冷拔~回复态钢丝，均呈现明显的自然时 效现象。冷拔态钢丝经6个月自然时效后，强度提高而塑性降低。但是，对于冷拔-回复 态钢，不仅强度提高，而且塑性也有明显改善。用透射电能对钢丝金属薄痪进行了组织观 察，并对两种不同的自然时效特性进行了讨论。 关健词：自然时效，冷拔双相锅钢丝，回复 Natural Aging of Cold Drawn Dual-Phase Steel Wire Dou Guangju Li Chengji ABSTRACT:The effects of natural aging on mechanical properties and micro- structure of cold drawn dual-phase steel wire have been invastigated.It is found that the effect of natural aging for 6 monthe on the mechanical properties and microstructure of dual-phase steel wires is obvously,either of cold drawn or cold-drawn and followed by recovering before natural aging.In the case of cold-drawn,the tensile strength is increased during natural aging,while the ductility is reduced,However,in the case of cold-drawn and followed by recovering,the tensile strength is incresed during natural aging,while the duc- tility is also increased.The microstructures of steel wire have been observed by means of TEM.The resons of effect of natural aging on the mechanical properties were discussed, KEY WORDS:natural aging,cold-drawn dual phase steel wire,recovery 1991-03-05收稿 材料科学与工程系(Department Of Materials Science and Engireering) 533

第1 3卷给 6期 19 9 1年1 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S e i e 皿 e e a n d T e e h n o l o g y B e i j i n g V o l 。 1 3 N o 。 6 N o v 。 1 9 9 1 双相钢冷拔钢丝的 自然时效 窦 光聚 . 李承基 ’ 摘 要 : 研究了 。 g M nZ is 热轧态双相钢冷拔 钢丝经 6个月 自然时效后的力学性 能 和 显 微 组织的 变化 。 结果 发现 , 无论是冷拔 态钢丝还 是冷 拔 一 回 复态钢丝 , 均呈 现 明显的 自然时 效现象 。 冷 拔态 钢丝经 6个 月自然时效后 , 强度提高而塑性降 低 。 但 是 , 对 于冷拔 一 回 复 态 钢 , 不仅强度提高 , 而且塑性也有明显改善 。 用透射电镜对钢丝 金属薄膜迸行了组织观 察 , 并对两种不 同的 自然时效特性进行了讨论 。 关锐词 : 自然时效 , 冷拔双相 钢钢丝 , 回复 N a t u r a l A g i n g o f C o l d D r a w n D u a l 一 P h a s e S t e e l W i r e D o “ 口 u a n 夕j u . L i C h e n 夕 j i . A B ST R A C T : T h e e f f e e t s o f n a t u r a l a g i n g o n m e e h a n i e a l p r o p e r t i e s a n d m i e r o - s t r u e t u r e o f e o l d d r a w n d 住 a l 一 p h a s e s t e e l w i r e h a v e b e e n i n v a s t i g a t e d . I t 1 5 f o u n d t h a t t h e e f f e e t o f n a t u r a l a g i n g f o r 6 扭 o n t h e o n t il e m e e h a n i e a l p r o P e r t i e s a n d m i e r o s t r u e t u r e o f d u a l 一 P h a s e s t e e l w i r e s 1 5 o b v o u s l y , e i t五e r o f e o ld d r a w n o r e o ld 一 d r a w n a n d f o l l o w e d b y r e e o v e r i n g b e f o r e n a t u r a l a g i n g . I n t h e e a s e o f e o l d 一 d r a w n , t h e t e n s i l e s t r e n g t h 1 5 i n e r e a s e d d u r i n g n a t u r a l a g i n g , w il i l e t h e d u e t i l i t y 1 5 r e d u e e d 。 H o w e v e r , i n t h e e a s e o f e o l d 一 d r a w n a n d f o l l o w e d b y r e e o v e r i n g , t h e t e n s i l e s t r e n g t h 1 5 i n e r e s e d d u r i n g n a t u r a l a g i n g , w h i l e t h e d u e - t i l i t y 1 5 a l s o i n e r e a s e d 。 T h e m i e r o s t r u e t u r e s o f s t e e l w i r e 五a v e b e e n o b s e r v e d b y m e a n s o f T E M . T h e r e s o n s o f e f f e e t o f n a t u r a l a g i n g o n t h e m e e h a n i e a l P r o P e r t i e s w e r e d i s e u s s e d 。 KE Y W O R D S : n a t u r a l a g i n g , e o ld 一 d r a w n d u a l P h a s e s t e e l w i r e , r e e o v e r y 1 9 , i 一 03 一 。 5收稿 材料科学与工程系 ( n e P a r t 血 e n t o f M a t e r i a l s s e i e n e e a 几 d E n g i r e e r i n g ) 5 3 3 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1991. 06. 022

对于未经冷变形的热处理态双相钢的时效现象，已引起人们的注意1-$)，经850℃双 相化热处理的双相钢，在长时间自然时效后，抗拉强度增加80~100MPa,均匀伸长率则降低 2%(2)。但是，有的研究结果表明3)，谇火态双相钢自然时效后，强度和韧性都有提高。 不同的结果反映了双相钢自然时效过程的复杂性。对于经大形变量冷拔的双相钢钢丝自然时 效的研究，尚未见报导。而双相钢冷拔钢丝，由于可取消传统的铅浴处理工序而引起人们的 重视，因此，研究双相钢冷拔钢丝的自然时效问题，对于推广双相钢冷拔钢丝的应用，具有 重要的实际意义， 1试验材料与方法 冷拔钢丝用线材是由鞍钢提供的中6.5mm的SX09M2Si热轧-控冷双相钢盘圆。其马氏 体的体积百分数为17%。化学成分为0.09%C,0.70%Si,1.80%Mn,0.021%P,0.022%S, 0.060%N。钢丝的冷拔、回复及自然时效工艺如表1所示。 表1钢丝的冷拔、回复及自然时效工艺 Table 1 Processing of cold drawing,recovering,and natural aging for wires 工艺号 线材直径(mm) 冷拔、回复工艺 自然时效前的状态 自然时效时间（月） φ6.42 从6.24mm分道次冷拔到1.36mm, 回复态 在450℃回复处理2min 2 中6.42 从中6,24mm分道次冷拔到中1,36mm, 冷拔态 在480℃回复100s,冷拔到中1.08mm 钢丝的力学性能按制绳钢丝GB1178-74国际标谁，测定强度、扭转、弯曲性能。钢丝的 金属薄膜试样的制备方法是将钢丝剪成40mm长，并列成片状，进行双面镀镍，经机械减薄、 双喷穿孔及离子减薄，在H-800透射电镜上观察组织。 2试验结果 2,1自然时效引起的力学性能变化 中6.42mm线材的钢丝在自然时效前、后的力学性能测试结果如表2所示。 表2力学性能测试结果 Table 2 Measured results of mechanical properties 自然时效前铜丝的力学性能 自然时效后钢丝的力学性能 工艺号 抗拉强度(MPa) 扭转（次）弯曲（次） 抗拉强度(MPa)扭转（次）弯曲（次） 1469 34 13 1798 39 21 1691 30 1900 16 〔注)抗拉强度为5个试样的平均值，扭转和弯曲为10个试样的平均值。 从表2可以看到，对于回复态钢丝(1号工艺)，经6个月自然时效后，抗拉强度、扭 534

对子未经冷变形的 热处 理态双相钢的时效现象 , 己引起人们的注意 亡’ 一 含’ 。 经 8 5众亡 双 相 化热处理的双 相钢 , 在长时间 自然 时效后 , 抗拉强度 增加 80 ~ 1 0 M P a , 均匀伸 长率则降低 2 写 〔 ” ” 。 但是 , 有 的研 究结 果表 明 ` 3 ’ , 淬火态双相钢 自然时效后 , 强度和韧 性都有 提 高 。 不 同的 结 果反映了双相 钢 自然 时效过程的 复杂性 。 对于 经大形变量冷拔的双 相钢钢 丝 自然 时 效的研 究 , 尚未见报导 。 而 双相钢冷拔钢丝 , 由于可取消传统的 铅浴 处理 工序而 引起人们的 重视 。 因此 , 研究双相钢冷拔钢 丝的 自然时 效问题 , 对于推广双相钢冷拔钢 丝的应用 , 具有 重要的 实际意义 , 1 试验材料与方法 冷拔钢丝用线材是 由鞍钢 提供 的中6 . s m m 的 S X 09 M nZ iS 热轧 一 控冷双相钢盘 圆 。 其马氏 体的体积百分数为 1 7 % 。 化学成分 为0 . 0 9 肠 C , 0 . 7 0 % 5 1 , 1 . 8 0 沁M n , 0 . 0 2 1 % p , 0 . 0 2 2 % S , 。 。 06 。 写N 。 钢 丝的 冷拔 、 回 复及 自然 时效工 艺如表 1所示 。 表 1 铆丝的 冷拨 、 回 复及 自然 时效工 艺 T a b l e 1 P r o e e s s i n g o f e o ld d r a w i n g , r e e o v e r i n g , a n d n a t u r a l a g i n g f o r w i r e s 工艺号 线材直径 ( m m ) 冷拔 、 回 复工艺 自然 时效前 的状态 自然时效时间 ( 月 ) 中6 。 4 2 回 复态 中6 。 4 2 从小6 . 24 皿 m 分道次冷 拔到中1 。 36 m m , 在 4 5 0 ℃ 回复处理 Z o i n 从小6 。 24 m m 分 道次冷 拔到中i 。 36 m m , 在 4 80 ℃ 回复 1 0 0 5 , 冷 拔到小1 . 08 m m 冷拔态 钢丝 的力 学性能按 制绳钢丝 G B l l 7 8 一 7 4国际标准 , 测定强度 、 扭转 、 弯 曲性能 。 钢丝的 金属薄膜试样的 制备 方法 是将钢 丝剪成 40 m m 长 , 并 列成片 状 , 进行双 面镀 镍 , 经机械减薄 、 双喷穿孔 及离子减薄 , 在 H 一 8 0 透射电镜上观察组织 。 2 试 验 结 果 2 . 1 自然 时效引起 的力 学性能变化 小6 . 4 2 , , 线材的 钢丝在 自然时效前 、 后的 力学性能测试结果如 表 2所示 。 表 2 力学性能洲试结果 T a b l e 2 M e a s u r e d r e s u l t s o f m e e h a n i e a l p r o p e r t i e s 自然时效前钢 丝的力学性能 自然时效后 钢丝的力学 性能 工艺号 抗 拉强度 ( M P a) 扭转 (次 ) 弯曲 (次 ) 抗泣强度 ( M P a) 扭转 (次 ) 弯 曲 (次 ) 山, 2 几1J ó n,几 品O 1 4 6 9 1 6 9 1 3 4 3 0 1 7 9 8 1 90 0 〔注〕坑拉强度为 5 个试样 的平均 值 , 扭转和弯 曲为 10 个试样 的平均值 。 从表 2 可以看到 , 对 于 回复态钢丝 (1 号工艺 ) , 经 6个月 自然时效 后 , 抗拉 强 度 、 扭 5 3 4

转、弯曲值均有明显增加。抗拉强度从1469MPa增加到1798MPa(增加22%)；扭转值从34 次增加到39次（增加15%），弯曲值从13次增加到21次（增加61%），对于冷拔态钢丝(2 号工艺)，经6个月自然时效后，强度从1691MPa增加到1990MPa(增加12%)；而扭转值从 30次下降到16次（降低46%），弯曲值从6次下降到3次（降低50%），可见钢丝在自然时效 前的处理状态（即是否在冷拔后进行回复处理），对钢丝自然时效后的塑性（扭转值及弯曲 值)具有重要的影响。从钢丝的实际生产来看，冷拔后的回复工序是必要的。 2,2回复对钢丝显微组织的影晌 图1所示为按1号工艺制备的中1.36mm钢丝冷拔态（图1a)及450℃回复2min后（图1b、 c、d)的TEM组织。从图1a可以看到，经高的拉拔形变量(95,5%)冷拔后，铁素体和马氏体 均呈现具有高位错密度的纤维状组织。在纤维内还可观察到形变的胞状亚结构。与冷拔态相 比，回复态（图1b)的纤维形态依然存在，但位错密度显著降低，并且位错发生了重新分 布，位错胞边界变得比较清晰（图1b、c),甚至出现亚晶粒（图1d)。回复过程还有粒状 碳化物析出（图1c、d),碳化物的直径约为1~4nm。 图1小1.36mm铜丝（拉拔形变量95.5%）冷拔态(a),及 450C回复2min(b、c、d)的TEM组织 Fig.1 TEM microstructure of steel wire with a diameter of 1.36mm (strain=95,5%)in cold-draw condition (a),and in a condition of recovering at 450c for 2 min (b、c、d) 2,3自然时效对钢丝显微组织的影响 图2所示为2号工艺制备的1.08mm钢丝冷拔态(a),及经自然时效6个月后的(b、c)TEM 组织。由图2a可以看到，从中1.36mm(回复态)继续冷拔到中1.08mm(冷拔形变量为37%)， 535

转 、 弯曲值均有明显增加 。 扰拉强度从 1 4 6 9 M P a增加到 1 7 9 8 M P a (增加 2 2 % ) ; 扭转值从 3 4 次增加 到 39 次 (增加 15 写 ) ; 弯 曲值从 31 次 增加 到 21 次 ( 增加 61 % ) 。 对 于冷拔 态 钢丝 ( 2 号工艺 ) , 经 6个月 自然 时效 后 , 强度从 1 6 9 1 M P a 增加到 1 9 9 o M P a ( 增加 12 写) ; 而 扭转值从 3 0次下 降 到 16 次 ( 降低 46 % ) ; 弯 曲值从 6次下 降到 3次 ( 降低 50 % ) 。 可见钢 丝在 自然 时效 前韵处 理状 态 ( 即是否在 冷拔 后进行 回复处 理 ) , 对钢 丝 自然时 效 后的 塑性 ( 扭转值及 弯曲 值 ) 具有重要 的 影响 。 从钢 丝 的 实际生 产 来看 , 冷拔 后 的 回复工 序是必 要的 。 2 。 2 回 复 对 钢丝 显微 组 织的影 响 图 1所示为按 1号工艺 制备的小1 . 3 6m m 钢 丝冷 拔态 ( 图 l a ) 及 4 50 ℃ 回复 Z m in 后 ( 图 b1 、 。 、 d ) 的 T E M 组 织 。 从图 a1 可 以看到 , 经高 的拉拔 形 变量 ( 9 5 . 5 写 ) 冷拔 后 , 铁 素体和 马 氏体 均呈 现具 有高位 错密 度的 纤维状组织 。 在纤 维 内还可 观察到形 变的 胞状亚结 构 。 与 冷拔 态相 比 , 回复态 ( 图 1b ) 的纤 维形 态依 然存在 , 但 位错密 度显 著降低 , 并且位 错发 生 了 重 新 分 布 , 位错 胞 边 界变 得 比较清 晰 ( 图 1b 、 c ) , 甚 至 出现 亚 晶粒 ( 图 d1 ) 。 回 复过程 还有粒状 图 1 小1 . 3 6 m m 钢丝 (拉 拔 形变量9 5 . 5% ) 冷拔态 ( a) , 及 连5 0℃ 回 复 Z m i n ( b 、 e 、 d ) 的 T E M组织 F i g . l T E M m i e r o s t r u e t u r e o f s t e e l w i r e w i t h a d i a m e t e r o f 1 . 3 6 m m ( s t r a i n = 。 5 . 5 % ) i n e o l d 一 d r a w e o n d i t i o n ( a ) , a n d i n a e o n d i t i o n o f r e e o v e r i n g a t 4 5 0℃ f o r 2 m i n ( b 、 e 、 d ) 2 。 3 自然时效对钢丝 显微组 织的 影响 图 2所示 为 2号 工 艺制备的 小1 . 0 8m m 钢 丝 冷拔 态 ( a ) , 及经 自然 时效 6个月后的 (b 、 c ) T E M 组织 。 由图a2 可 以看到 , 从小1 . 3 6 m m ( 回复态 ) 继续冷拔 到 小1 . o s m m (冷拔 形变量 为37 % ) , 5 3 5

位错密度显著增高（与图1b相比较）。再经6个月的自然时效，位错密度降低（图2b)，细 小碳化物粒子呈链状沿铁素体与马氏体的形变纤维条界面析出（如图2d所示）。还观察到极细 小（约1nm以下）的碳化物粒子在位错线露头处沉淀（如图2c的箭头所示)。 图2中1.08mm钢丝（冷拔形变量37%）冷拔态（往）及 自然时效6个月后(b、c、d)的TEM组织 Fig.2 TEM microstructure of steel wire with a diameter of 1.08mm (strain=37%)in cold-drawing condition (a),and in a condition of natural aging for 6 months 图3所示为按1号工艺制备的中1.36mm钢丝(450℃回复2min)经6个月自然时效后的 TEM组织。与图1b相比，纤维条内的位错胞状结构更加明显，其尺寸似有细化（约为0.03 ~0.06μm)。胞壁更显清晰，甚至形成亚晶（如图3d所示)。没有观察到极细小的碳化物粒 子在纤维条解面呈链状析出和在位错线露头处析出的现象。 3讨 论 实验结果证实，双相钢冷拔钢丝，无论是冷拔态，还是回复态，均有明显的自然时效效 应。冷拔态钢丝的自然时效效应呈现强化和脆化，而回复态钢丝则呈现出强化和韧化。这对 双相钢冷拔钢丝的实际生产和应用具有重要的指导意义。这种强化和脆化，或强化和韧化的 原因，是值得进一步探讨的。时效强化问题是比较清楚的，本文仅讨论脆化及韧化问题。 首先讨论冷拔态钢丝的自然时效脆化问题。经典的强化理论表明，除了细化晶粒（或亚 晶粒和位错胞)的晶界（或胞壁）强化之外，弥散强化、固溶强化及位错强化等均将导至塑 性的降低。冷拔态钢丝经自然时效6个月，观察到极细碳化物粒子呈链状在铁素体和马氏体 的形变纤维条界面析出，如图2所示。这种析出特点，比之在晶内均匀析出，更易造成脆 化。此外，还观察到在位错线露头处也有极细的碳化物粒子沉淀，如图2℃箭头所示。这种析 536

位错密度显著增高 (与图 1b 相比较 ) 。 再经 6个月的 自然时效 , 位错密度降低 ( 图 2b ) , 细 小碳 化物粒 子呈链 状沿 铁素体 与马 氏体 的形变 纤维 条 界面 析 出 ( 如 图 d2 所示 ) 。 还观 察到 极细 小 ( 约 nI m 以下 ) 的碳 化物 粒子 在位错线 露头 处 沉淀 ( 如图 c2 的 箭头所示 ) 。 图 2 小1 . 08 m m 钢丝 (冷拔形变量 37 % ) 冷拔态 a( ) 及 自然时效6个 月后 (b 、 。 、 d) 的 T E M 组织 F 19 . 2 T E M m i e r o s t r u e t u r e o f s t e e l w i r e w i t h a d i a m e t e r o f i . o s m m ( s t r a i n 二 5 7% ) i n e o l d 一 d r a w i n g e o n d i t i o n ( a ) , a n d i n a e o n d i t i o n o f n a t u r a l a g i n g f o r 6 m o n t h s 图3所示为按 1号工 艺制备的拟 . 3 6 m m 钢丝 ( 45 0 ℃ 回复 Zm in ) 经 6 个月 自然 时效后的 T E M 组织 。 与图 b1 相 比 , 纤维条内的 位错 胞状结 构更 加 明显 , 其尺寸似有 细化 ( 约为 0 . 03 ~ 0 . 06 协m ) 。 胞 壁 更 显清晰 , 甚至 形成 亚 晶 ( 如 图d3 所示 ) 。 没 有观察到极细小 的碳 化物 粒 子 在纤维条解面呈 链状析出和 在位错线 露头 处析出的现象 。 3 讨 论 实验结果证实 , 双 相钢 冷拔 钢 丝 , 无论是 冷 拔 态 , 还是 回 复态 , 均 有明显的 自然 时效 效 应 。 冷拔 态钢丝 的 自然 时效效 应 呈现 强化和 脆化 , 而 回复态钢 丝 则呈现 出强化和 韧化 。 这对 双相 钢冷 拔钢 丝 的实 际生 产和应 用具有重要 的 指导 意义 。 这 种 强化 和 脆化 , 或 强化 和 韧化的 原因 , 是值得进一 步探 讨的 。 时 效强 化问题是比较清楚的 , 本文 仅讨 论 脆化 及韧 化问题 。 首 先讨 论冷 拔 态钢 丝的 自然 时效 脆化 问题 。 经 典的强 化理论表 明 , 除 了细化晶粒 ( 或亚 晶粒和位错胞 ) 的 晶 界 ( 或 胞壁 ) 强 化之外 , 弥散强 化 、 固溶强 化 及位 错强化等均将导至塑 性的降低 。 冷拔 态钢 丝 经 自然时效 6 个月 , 观 察到 极细 碳 化物 粒子呈 链状 在铁 素体和 马 氏体 的 形变纤维条 界面析 出 , 如 图 2d 所示 。 这种 析出特点 , 比之 在 晶内均 匀析 出 , 更 易 造 成 脆 化 。 此 外 , 还观察到 在位错线 露头 处也 有 极细 的碳化物 粒子 沉淀 , 如 图 c2 箭头所 示 。 这种析 5 3 6

出特点，比之不在位错线析出，对位错的钉扎作用更有效。 其次，讨论回复态钢丝自然时效的强化和韧化的问题。实验结果证实，回复态钢丝经6 个月的自然时效，不仅强度的增高大于冷拔态钢丝（回复态强度增加22%，而冷拔态强度增 加只有12%)，而且扭转值和弯曲值均有增加。这种在提高强度的同时，又能改善塑性的强化 途径，只有细化晶粒（包括亚晶、位错胞状结构）的界面强化。就品界和亚晶界强化而言， Hall-Petch关系是众所周知的。位错胞状结构的胞壁强化，则具有类似的关系，但位错胞直 径(d)的指数为“-1”，即(“)： 0y=0。+kd-1 (1) 图3d1.36mm锅丝(50℃回复2min)经6个月自然时效后的TBM组织 Fig.3 TEM microstructure of steel wire with a diameter of 1.36mm(recovered at 450C for 2 min)in a condition of natural aging for 6 months 文献〔4)给出了晶粒、亚晶和胞状结构强化相对有效性的示意图，指出：晶粒直径小于0.4 n时，Hall-Patch作用丧失，非常细小的胞结构具有比相似尺寸的晶粒更强的强化效应 (指数项为“-1”)。回复态自然时效的强度增加(22%)，大于冷拔态自然时效的强度增 加(12%)，与上述晶界、亚晶界强化和位错胞壁强化的相对关系是一致的。图3所示即为 回复态钢丝经6个月自然时效后所观察到的位错胞状结构。它的尺寸约为0.03~0.06um。远 小于胞壁强化占主导地位所要求的“小于0.4m”的条件。如果用碳化物析出强化或位错强 化，或碳、氮间隙原子的固溶强化来解释，则与回复态的自然时效强化效应大于冷拔态的实 验结果是不符的。 众所周知，细化品粒是重要的韧化途径。Petch5)早在1953年指出，晶粒直径(d)与断 裂强度(o)具有下面关系： or=oy+kr/√d (2) 537

出特点 , 比之不在位错线析出 , 对位错的钉扎作用更有效 。 其次 , 讨论 回复 态钢 丝 自然时 效的 强化和 韧 化的 问 题 。 实验 结果证 实 , 回复态钢丝 经 6 个月 的 自然时效 , 不仅强度的 增高大于 冷拔 态 钢 丝 ( 回 复态强 度增加 2 % , 而 冷拔 态 强度 增 加 只 有12 % ) , 而且扭转值和 弯曲值均 有 增加 。 这 种在提高强 度的 同时 , 又能改 善塑性的强 化 途径 , 只有 细化晶粒 ( 包括 亚 晶 、 位错 胞 状结构 ) 的 界面强 化 。 就晶 界和亚 晶 界强化而 言 , H a l 一 P e ct h关 系是 众所 周 知的 。 位错胞 状结 构 的胞壁强化 , 则 具有类 似的 关 系 , 但位 错胞 直 径 d( ) 的指数为 “ 一 1), , 即 〔 盛 ’ : a , = 口 。 + 吞d 一 ` ( 1 ) 图 3 小1 . 36 m m 钢丝 ( 45。℃ 回 复 Z m i n ) 经 6个月 自然 时效后 的 T E M组织 m 1 e r o s t r u e t u r e f o r 2 m i n ) i n 0 f s t e e l w i r e w i t h a d i a m e t e r o f 小l . 3 6 m m ( r e e o v e r e d a t a e o n d i t i o n o f n a t u r a l a g i n g f o r 6 m o n t h s 文献〔4 〕给 出 了晶粒 、 亚 晶和 胞 状结 构强化相 对有 效性的示意图 , 指出 : 晶 粒直 径 小 于 0 . 4 井 二 时 , H a l 一 P a t c b 作用 丧失 , 非常细 小的 胞结构 具有 比相似尺 寸 的晶粒更强的 强 化效应 ( 指数 项为 “ 一 1 ” o) 回复态 自然时效 的强 度 增加 ( “ “ % ) , 大于冷拔态 自然 时效 的强 度攒 加 ( 12 % ) , 与上 述晶 界 、 亚 晶 界强化和 位 错胞 壁强化的 相对 关 系是一 致的 。 图 3 所示 即为 回复态钢 丝 经 6 个月 自然 时效后 所观 察到 的 位错 胞状结 构 。 它 的 尺寸 约为 。 . 03 ~ 0 . 0 6产 m 。 远 小于胞 壁强 化 占主导 地位所要 求的 “ 小 于。 . 4邓 m ” 的 条件 。 如果用碳化物析 出强 化或位错 强 化 , 或碳 、 氮间隙 原子 的 固溶强化来解释 · 则 与回 复态 的 自然 时效强化效应大 于冷拔 态的 实 验结果 是不符的 。 众所 周 知 , 细化晶粒是重要 的 韧化途 径 。 P e t o h 〔 ` ’ 早在 1 9 5 3年指出 , 晶粒直径 ( d) 与断 裂强 度 a( F ) 具 有下 面关 系 : a ; = a , + 寿: /亿 了 ~ ( 2 ) 5 3 7

0r/c,的比值增大，则韧性增加。由于式(2)中的系数kr,大于式(1)中的系数k,因而，随 着d值的减小，？/σ，比值增大，韧性增加。可以推断，位错胞状结状尺寸与钢丝的断裂强 度之间也会具有类似的规律。 在常温状态的自然时效过程中，碳、氯间隙原子在位错的弹性应力场的作用下，将扩散 到位错线周围形成气团，钉扎和封锁位错，使位错难以进行攀移（在自然时效的热激活条件 下)和滑移（在外力作用下）运动。位错难以进行攀移运动，使得在自然时效过程中难以发 生胞壁中位错的重新排列和胞的细化，以及胞壁和亚晶界的锐化。位错密度越高，固溶的间 隙原子浓度越高，这种效应也越大。因此，冷拔态钢丝在自然时效后，不易形成到明显的位 错跑及亚晶结结构。它在自然时效后的强化，主要来自极细碳化物析出的弥散强化及间隙原 子与位错的互作用。这些强化均会导致韧性的下降。而回复态钢丝，由于在自然时效前业已 经较高温度的回复处理，由于碳化物的析出而显著减少了基体中碳、氨间隙原子的固溶量， 位错密度也有所降低。在长时间的常温状态，位错的攀移运动有可能发生，也有胞壁中位错的 重新排列及胞结构的细化。如上所述，这种界面强化是既能提高强度又能改善塑性的重要强 韧化途径。 4 结 论 (1)SX09M2Si热轧-控冷双相钢冷拔态钢丝和回复态钢丝，经6个月自然时效后，钢 丝的抗拉强度及扭转、弯曲值均有明显的变化。冷拔态钢丝和回复态钢丝的抗拉强度均有提 高，但提高的幅度不同（冷拔态为12%，回复态为22%）。冷拔态钢丝的强度提高伴随着扭 转、弯曲值的明显降低。与此相反，回复态钢丝的强度提高伴随着扭转、弯曲值的提高。 (2)对冷拔态和回复态钢丝在自然时效前、后的TEM组织观察发现，冷拔态在自然时 效后，有极细的碳化物在纤维条界面呈链状析出，以及在位错线露头处析出。未观察到胞壁 明显锐化的位错胞状结构或亚晶。然而，在回复态钢丝经自然时效后，极易观察到尺寸约为 0.03~0,06μm、胞壁明显锐化的位错胞状结构或亚晶，未观察到碳化物在纤维条界面呈链 状析出或在位错线露头析出。 (3)以胞壁强化和亚晶界强化取代弥散强化、位错强化等，可能是回复态钢丝自然时效 强化和韧化的主要原因。 参考文献 1马鸣图。双相钢-物理和力学治金。北京：治金工业出版社，1988：216 2张文龙。1986级研究生硕士学位论文摘要汇编。上海工业大学，1989：89 3柳永宁。金属热处理学报，1987,8(2)：63 4 Young C M and Sherby O D,J,Iron and Steel Inst.1673,211:646 5 Petch N JJ.Iron ane Steel Inst.,1953,174:25 538

屿 加 二 的比值增大 , 则韧性增加 。 由于式 ( 2) 中的 系数寿 , , 大千式 ( 1 ) 中的系数存 , 因而 , 随 着d值的减小 , a ; / , , 比值增大 , 韧性增加 。 可以推断 , 位错胞状结状尺寸与钢丝 的断 裂强 度之 间也会具有类似的规律 。 在常温状态的 自然 时效过程中 , 碳 、 氮间隙原 子 在位错的弹性应 力场的 作用下 , 将扩散 到 位错线 周围形成气团 , 钉扎和封锁位错 , 使位错难以进行攀移 ( 在 自然时效的热激 活条 件 下 ) 和滑移 ( 在外力 作用 下 ) 运动 。 位错难以进行攀移运动 , 使得在 自然时效过程中难以 发 生胞壁 中位错的 重新排列和胞的 细化 , 以及胞壁和 亚晶界的 锐化 。 位错密度越高 , 固溶的 间 隙原子 浓度越高 , 这种效应也越 大 。 因此 , 冷拔 态钢 丝在 自然时效后 , 不 易形成到 明显的 位 错胞及 亚晶 结结构 。 它 在 自然时效后的 强 化 , 主要 来 自极细碳 化物析出的弥散强化及 间隙原 子与 位错的 互作用 。 这些强 化均会导 致韧性 的下 降 。 而回 复态钢丝 , 由于 在 自然时效前业已 经 较高温度的 回复处理 , 由于碳化物的 析出而显著减少 了基体中碳 、 氮间隙原子的 固溶 量 , 位错密度也有所降低 。 在长时间的 常温状态 , 位错的攀移 运动 有可能 发生 , 也有胞壁 中位错的 重新排 列及胞结构的 细化 。 如上所述 , 这种 界面强化是既能 提高强度又能改善塑性的重要强 韧化途径 。 4 结 论 (1 ) SX 09 M nZ iS 热 轧 一 控冷双 相钢冷拔 态钢丝和 回复态钢 丝 , 经 6 个月 自然时效后 , 钢 丝的抗拉强 度及 扭转 、 弯 曲值均 有明显 的变化 。 冷拔 态钢 丝和 回复态钢丝的 抗 拉强度均有提 高 , 但提高的幅度不同 ( 冷拔态为 12 % , 回复态为 2 % ) 。 冷拔态钢丝的 强度提高伴随着扭 转 、 弯曲值的 明 显降低 。 与此相反 , 回复态钢丝的 强度提高伴随着扭转 、 弯曲值的 提高 。 (2 ) 对冷拔态和 回复态钢丝在 自然时效前 、 后 的 T E M 组织 观察发现 , 冷拔态在 自然 时 效后 , 有极细 的碳化物在纤维条界面呈链状析出 , 以 及在位错线露头处析出 。 未观察到 胞壁 明显锐化的位错胞状结构或亚晶 。 然而 , 在回复态钢 丝经 自然时效后 , 极易观察到尺寸 约 为 。 。 03 ~ 0 。 06 协m 、 胞壁明显锐化的位错胞状结构或亚 晶 , 未观察到 碳 化物在纤维条界面 呈 链 状析出或在位错线露头析 出 。 ( 3) 以胞壁 强化和亚 晶 界强化取代弥 散强 化 、 位错强 化等 , 可能是 回复态钢 丝 自然时效 强化和韧化的主要原因 。 今 考 文 献 马鸣图 。 双相钢 一 物理和 力学冶金 . 北京 : 冶 金工业 出版社 , 19 8 : 21 6 张文龙 。 1 9 8 6级研究生硕士学位论文 摘要汇编 。 上海工业大学 , 19 89 : 89 柳永宁 。 金属热 处理学报 , 1 9 8 7 , 8( 2) : 63 Y o u n g C M a n d S h e r b y 0 D . J . I r o n a n d S t e e l I n s t . , 1 6 7 3 , 2 1 1 : 6 4 6 P e t e h N J J 。 I r o n a n e S t e e l I n s t 。 , 1 9 5 3 , 1 7 4 : 2 5 4知1 5 3 8