D0I:10.13374万.issnl(⑩1053x.1998.0B.B6 第20卷第3期 北京科技大学学报 Vol.20 No.3 1998年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1998 调质工艺对590MPa级钢板 力学性能的影响* 李雪形D 王有铭》 徐建国) 薛贵军) 1)北京科技大学材料种学与工程学院，北京1000R32)鞍钢技术中心.鞍山11400l 摘要针对590MP级工程机械用高强度厚钢板的调质工艺进行实验室条件下的系统研究，得到 适应不同成分的钢板的淬火一回火工艺制度，即淬火温度910~920℃，回火温度为550~580℃. 在该工艺制度下，该钢种可获得符合使用要求的综合力学性能指标. 关键词淬火：回火：高强度钢板；工程机械用钢 分类号TG162.83 鞍钢厚板轧机为了开发590MPa级调质厚钢板，在已绘选定化学成分和现有生产设备条 件下研究调质工艺对钢板的组织和性能的影响规律，以制定出合理的调质工艺制度，提供生 产工艺参数， 1实验 1.1试验材料 实验使用的试样为40mm厚热轧板，取自鞍钢厚板厂研制的590MPa级高强度钢试验用 坯，它的熔炼成分为（质量分数，%）：0.J5C,0.27Si,1.33Mn,0.030P,0.019S,0.0044N, 0.024Al,0.042V,0.023Nb 1.2试验方案与方法 调质工艺及力学性能是在鞍山钢铁公司科技中心实验室进行.根据钢的成分及含有一定 量微合金化元素，如铌、钒等，在900℃的加热温度下不能溶入固溶体.为了研究淬火温度的 影响，选择了890,920,950℃3种不同加热温度，保温时间均为80min.对于这样处理后的钢 进行580℃、保温200mi的回火处理，然后检验其各项力学性能指标及组织状态 为了研究不同回火温度对其组织和性能的影响，本实验采用了920℃奥氏体淬火，之后 进行如下不同温度下的回火：200,250,300,350,400,450,500,550,610,640℃，回火保温时间 200min,然后空冷.再对试样进行组织状态和各项力学性能(o。,0,d,平和一10℃，-40℃ A值)的检验. 金相组织检验是在北京科技大学材料系中心实验室S250MK3扫描电镜上进行. 1997-06-25收稿李雪彤女，28岁.硕士 *九国家重点攻关项日
DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 03. 036
·274· 北京科技大学学报 1998年第3期 2实验结果与分析 700 700 21不同淬火温度对力学性能及组织的影响 06 600 600 (1)淬火温度对力学性能的影响.从图1 的性能曲线可以看出，随着淬火温度的提高， 500 强度在经较明显的下降趋势后渐趋平缓变 00以 500 化，而冲击值是在不断提高，断面收缩率增加 的趋势减缓，延伸率则是在增加到一个较高 400- 值后开始下降.综合其各项力学性能指标来 Akv(-10C) 80 k(-40℃) 0 看，比较理想的淬火温度是在920℃左右 60 60 (2)淬火温度对组织的影响.低碳低合金 钢在淬火后得到的低碳马氏体组织，是以条 40 40 o' 状马氏体为单元，大致相互平行呈定向排列 20 d 20 组成晶区.从扫描电镜照片来看，低碳淬火 0 890 910930 950 马氏体组织随着淬火温度的提高，条状形貌 馆k/℃ 在变得明显之后，又逐渐不清晰.即在900℃ 图1淬火温度对样品的力学性能的影响 以下淬火时，淬火后的回火组织晶界不清晰， 回火制度是580℃/200min,空冷 组织零乱，有大量的白色亮点状细小碳化物析出.高于900℃淬火时，如920℃淬火然后580℃ 回火的组织照片清晰显示了此时的组织片层较小，晶界多，如图2()所示.该种组织的塑韧性 较好.而当奥氏体形成温度过高时，如950℃淬火后回火的组织，板条形貌消失，晶界粗大，片 层较厚，甚至片层形貌不再清晰存在，如图2(b)所示，综合力学性能也下降了， 图2不同淬火制度的金相组织比较 (a)920℃/80min.水冷+580℃/200min.空冷b)950℃/80min,水冷+580℃/200min,空冷 2.2不同回火温度对性能及组织的影响 (1)对力学性能的影响.图3所示的是各项力学性能指标随不同回火温度变化关系曲 线.从曲线可以看出，淬火钢在其回火温度为250~400℃区间内，其冲击韧性值Ay存在」个 最低值，也就是说，钢在这个回火温度范围内韧性是在下降的，这种韧性的下降称为回火马氏
Vol.20 No.3 李雪形等：调质工艺对590MPa级钢板力学性能的影响 ·275· 体脆性).回火马氏体的脆性是由加工和回火过程中引起的组织变化导致的；磷元素的偏聚 也同样可以引起.因此，在实际的工业生产 900 中，该钢应避免在此温度区间进行回火，当 850 800 回火温度高于500℃后，冲韧韧性值则可以 700 大大地提高 600 在回火马氏体脆性存在的温度区间， 550 500 强度值在达到一个较高值之后有一个明显 450 400 的下降趋势.超过此温度范围后，强度值下 80 降趋势减缓.在610℃存在一个强度值升高 80 的点所对应的回火温度，在屈服强度和抗 60 60 40 拉强度都在连续下降的同时，延伸率和断 kv(-10C) k(-40C) 40 20 面收缩率则随回火温度的升高而增加，从 20 0 图中可以看出在超过580℃的回火温度以 05 0 后，综合力学性能指标则开始下降 200300400500600700 回k/℃ (2)对组织的影响.图4所示的是相同 图3回火温度对样品力学性能的影响 淬火制度是920℃180min.空冷 淬火制度下，随回火温度升高试样的金相 组织扫描电镜照片，经过淬火处理形成的马氏体，其组织是高度不稳定的.在一定的回火时间 后，马氏体中都含有均匀分布的细小碳化物颗粒，组织的形貌仍保持板条状回从金相组织照 片来看，较低温度回火时，淬火马氏体板条方向保持不变，此时，回火组织为回火马氏体，其马 氏体板条间已有过渡碳化物的形成，如图4()所示.在300℃~450℃温度范围回火时，因回火 马氏体脆性的影响，各项力学性能值发生较大变化，从组织中看出碳化物的析出量在增加，组 织为回火马氏体与屈氏体共存，超过450℃回火温度以后，组织中开始有索氏体的出现，如图 4(b)所示.回火温度继续提高，析出碳化物的量在明显增多，组织逐渐全部转化为回火索氏 体.组织的片层间距也在逐渐增大.当回火温度在600℃以上时，组织逐渐变为粗大的回火索 氏体，板条形貌也不再清晰，析出的点状碳化物已成为片状，量也在增加团 图4不同回火制度的金相组织比较 (a)920℃/80min.水冷+200℃1200min.空冷b)920C180min,水冷+500℃/200min.空冷
·276· 北京科技大学学报 1998年第3期 3 结论 ()淬火温度的制定要在保证淬火后形成淬火马氏体的同时，其回火组织的综合性能符 合使用要求，本实验表明淬火温度过高，材料的力学性能则从一较高值开始下降 (2)钢板由低温到高温的回火过程中组织变化规律是：回火马氏体一回火屈氏体一回火 索氏体，当组织为回火索氏体时，材料的强韧性才可能满足使用要求， (3)在250~400℃的回火温度范围内，有回火马氏体脆性存在区间.在制定调质工艺时， 需避开这一回火温度区间.而超过580℃的回火温度以后，综合力学性能指标则开始下降.回 火温度的选择根据实验结果可取在550~580℃这一范围 (4)所选化学成分的590MPa级钢板的合适调质工艺应为：淬火温度910~920℃，回火温 度550~580℃. 参考文献 1宋维锡，金属学，北京：冶金工业出版社，1989 2劳斯特克·威廉.金相组织解说.刘以宽，魏馥铭译，上海：上海科学技术出版社，1984 3科恩·M.钢的微合金化及控制轧制.李述创，向德渊译，北京：冶金工业出版社，1984 Quenching-tempering Process Effect on Microstructure and Properties of 590 MPa High Strength Thick Plate Liu Xuetong Wang Youming Xu Jiariguo Xue Guijun? 1)Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Technology Center,An'shan Iron and Steel Co,An'Shan 114001 ABSTRACT A new quenching-tempering technology system is gotten,in which the quenching temperature is about 910~920c and the tempering temperature is about 550~ 580C.With using this technology,the mechanical properties of the 590 MPa high strength thick plate are better satisfaction for the using demand.The new technology system is available for the steel plate of different composition. KEY WORDS quenching tempering;high strength steel plate;steel for engineering machinery