感应热处理双相钢的微观组织

D0I:10.13374/i.1s8n1001-053x.1992.04.022 北京科技大学学报 第14卷第4期 Vol.14 No.4 1992年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing July 1992 感应热处理双相钢的微观组织 王绪·花礼先 摘要：采用感应热处里两次谇火工艺对鞋锰系低碳锯进行双相热处理，得到具有感应热 处理双相组织特征的双相钢，研究表明，感应热处痒两次淬火的双相组织中铁素体晶粒细化， 马氏体呈细层片状分布，使双相钢的强韧化水平明显提高。证明盛应热处理两次谇火是一种制 取高性能双相钢的新型工艺。 关键词：感应热处理，显微纽织，双相钢 Microstructures of Dual Phase Steel Produced by Induction Heat Treatment Wang Xu Hua Lixian' ABSTRACT:The two phases microstructure of dual phase steel produced by inguc- tion heat treatment and duplex quench processing is investigated.The results show that this kind of two phases microstructures contain a fine grained ferri- tic matrix and fibrous martensite,theretore,improve the level of stregth and ductility. KEY WORDS:induction heat treatment,dual phase steel,microstructure 普通低合金高强度钢性能的3个方面（强度、塑性和韧性）经常是矛盾的，而双相钢的 研制成功为解决这一问题提供了可靠途径。双相钢是由铁素体和约20%马氏体的双相组织构 成，是显微组织复合强韧化的低碳低合金高强度钢。双相钢的性能特点是强度高、屈强比 1992-02-27收稿 ,材料科学与工程系(Department of Materials Science and Enginecring) 430

第 14 卷 第 4 期 1 9 9 2年 了月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s it 了 o f S e i e n e e a u d T e e h n o l o g了 B e i j i n g J u l 了 N o 。 4 1 9 92 感 应热 处理双相钢的微观组织 王 绪 ’ 花礼 先 ’ 摘 要 : 采 用感应热处理 两次淬火工 艺对硅 锰系低碳钢进行双 相热处理 , 得到具有感应热 处 理双相组织特 征的双 相钢 。 研究表明 , 感应热处理 两次淬火的双 相组织 中铁素体晶粒细 化 , 马 氏体呈细层片状 分布 , 使双 相钢 的强韧化水平 明显 提高 。证明感应热处理两次淬火是一种制 取 高性能双相钢 的新型工艺 。 关 键词 : 感应热处 理 , 显微组 织 , 双 相钢 M i e r o s t r U e t u r e s o f D U a l P h a s e S t e e l . 门 . . P r o d u e e d b y I n d u e t i o n H e a t T r e a t m e n t 才 a n g X “ . H u a L f 劣 i a n 居 A B S T R A C T : T h e t w o p h a s e s tn i e r o s t r u 此 u r e o f d u a l p h a s e s t e e l p r o d u e e d b y i , : 二! u e - t 1 0 几 h e a t t r e a t m e n t a n d d u p l e x q u e n e h p r o e e s s i n g 1 5 i n v e s t i g a t e d 。 T h e r e s u lt s s h o w t h a t t h i s k i n d o f t w o P h a s e s m i e r o s t r u e t u r e s e o n t a i n a f i n e g r a i n e d f e r r i - t i e m a t r i x a n d f i b r o u s m a r t e n s i t e , t h e r e t o r e , i m p r o v e t h e l 。 、 · 。 1 o f s t r e g t h a n d d u e t i li t y - K E Y W O R D S : i n d u e t i o n h e a t t r e a t m e n t , d u a l p h a s e s t e e l , m i e r o s t r u e t u r e , 、 门 普通 低合金高强度钢性能 的 3 个方面 ( 强度 、 塑性和韧 性) 经常是矛 盾的 , 而双相钢的 研制成 功为解决这 一问题提供了可靠途径 。 双相钢是 由铁素体和约20 % 马 氏体的双相组织构 成 , 是显微组织 复合强 韧化的低碳低合金 高强度钢 。 双相钢的性能特点是 强 度 高 、 屈 强比 1 9 9 2 一 0 2 一 2 7 收 稿 材料科学与工 程 系 ( D e P a r t m e n t o f M a t e r i a l s S e i e n e e a n d E n g i n e e r i n g ) 4 3 0 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1992. 04. 022

低，塑性好，并连续屈服，故成形性优越。同时，加工硬化率高，冷变形后强度增量大，因 而达到强度与塑性的良好配合。双相钢板材已在汽车工业得到应用，达到减重节材，提高寿 命的效果。双相钢钢丝、棒材和钢管等的研制和生产也取得较好进展。表明双相钢的生产和应 用有广阔前景。在一定合金化条件的基础上，制取双相钢的工艺有两种：(1)钢材热轧时通 过控轧控冷工艺得到双相组织，称热轧双相钢；(2)将钢材进行两相区加热淬火的双相热处 理，称热处理双相钢。本工作是采用感应热处理两次淬火工艺制取双相钢，研究其双相组织 特征与性能的关系，以探索进一步提高双相钢强韧化水平的途径：1-3)。 1试验步骤 1.1试验材料 选用硅锰系低碳低合金钢作为试验钢材，其化学成分为C:0.08%,Si:1.14%,Mn: 2.11%,P:0,002%和S:0,004%。试验钢材由感应电炉治炼，钢锭锻轧成中8mm钢棒 料。 1,2热处理工艺 将钢材加工成试样，分别按一般炉子热处理和感应热处理两种类型进行双相处理，以便 对比组织和性能。同时，每一类型中还分别有一次淬火和两次泽火两种方法。一次淬火是指 热轧态组织（铁素体和少量珠光体）为原始组织，加热至铁素体和奥氏体两相区后淬火， 获得双相组织。两次淬火则是指将钢材先加热到奥氏体单相区进行一次完全谇火，得到全部 马氏体组织，再以此为原始组织加热至两相区进行第二次淬火，得到两次淬火的双相组织。 本试验具体热处理工艺见图1所示。 图1装置和工艺示意图1-盛应线路图2-喷水图 Fig.1 Schematic diagrams of apparatus and processing 1.3组织分析和性能检测 经不同类型和方法双相处理的钢材试样，用S-250扫描电镜和H-800透射电镜进行双相 组织分析和亚结构分析，并用Instron1185试验机作拉伸试验进行力学性能检测。 431

低 , 塑性好 , 并连 续屈 服 , 故成形性优越 。 同时 , 加工 硬化率 高 , 冷变形后强度增量大 , 因 而达到 强度与塑性的良好配合 。 双相钢板材已 在汽车工业得到 应用 , 达到减重节材 , 提高寿 命的效果 。 双相钢钢丝 、 棒材和 钢管等的研制和生产也取得较好进展 。 表明双相 钢的生产和 应 用有广阔 前景 。 在一定合金化条件的基础上 , 制取双相钢的工 艺有两种 : ( 1) 钢材热轧 时通 过控轧控冷工艺得到双 相组织 , 称 热轧 双相钢 ; ( 2) 将钢材进 行两相区加热淬火的双相热处 理 , 称热处 理双 相钢 。 本工作是采用感 应热处理两次 淬火工 艺制取双 相钢 , 研究其双 相组织 特征与性能 的关 系 , 以探索进 一步提高双 相钢强韧化水平的途 径 〔 ` 一 “ ’ 。 1 试验步骤 1 。 1 试验材料 选 用 硅锰系低碳低合金 钢作为试验钢材 , 其化学成分为 C : 。 . 08 % , is : 1 。 14 % , 2 . 1 % , P : 。 . 0 02 % 和 S : 0 . 0 04 % 。 试 驻钢 材由感 应电炉 冶 炼 , 钢 锭 锻轧 成 帖 m m 料 。 M n : 钢棒 1 。 2 热处理工 艺 将钢材加工成试样 , 分别按一般炉子热处 理和感应 热处理两种类型进行双 相处理 , 以便 对比组 织和性能 。 同时 , 每一类 型 中还分别有一次 淬火和 两次淬火两种方法 。 一次 淬火是指 热轧态 组织 ( 铁素体和少量珠光体 ) 为原始组织 , 加热至铁素体和奥氏体 两 相 区 后淬火 , 获得 双 相组织 。 两次淬火则是指将钢材先加热到奥氏 体单相区进 行一次 完全 淬火 , 得到全部 马氏体组织 , 再以 此为原始组织加 热至 两相区进行第二次 淬火 , 得到 两次 淬火 的双 相组 织 。 本试验具体热处 理 工艺见图1所示 。 l 吃《 曰 l { 吸 ( 1 . 11 1龟l 蔺 . 1 1吸 、 {、 l 川 日、 11} ! 一 长 , . 卜 · 才 图 1 装 置和 工艺示 意 图 1 一 感应线路 图 2 一 喷水圈 F 19 . 1 s e h e m a t i e d i a g r 江 m 性 o f a P P a r 几 t u s o n d p r o e e s s i n g 1 . 3 组织 分析 和性能检测 经不同 类型和方法双 相处理的 钢材试样 , 用 S 一 2 50 扫描 电镜和 H 一 8 0 透射电 镜 进 行双 相 组织分析和亚结构分析 , 并用 nI s tr o n 1 1 8 5 试 验机 作拉伸试验进行 力学性能 检测 。 4 3 1

2结果和分析 2,1显微组织结构分析 (1)双相组织的观察分析扫描电镜观察表明，经上述不同工艺热处理的试样均获得铁 素体和马氏体双相组织。一次淬火双相处理的双相组织扫描电镜照片（图2）为炉子处理-一 次淬火的双相组织。可以看出，铁素体晶粒较粗大，马氏体相密集分布于基体铁素体晶粒交 汇处。感应双相处理一次淬火的双相组织则明显不同，如图2b所示。铁素体晶粒明显细化， 马氏体组织比较分散，分布于铁素体晶粒内部或交界处。故可以认为，感应热处理一次谇火 双相组织的主要特点是基体组织细化，第二相组织分散。这主要是由于感应热处理加热速度 快，均热时间短所致。 图2一次萍火处斑双相钢的SEM照片()炉子热处理；(b)感应热处理 Fig.2 SEM of dual phase steel produced by quenching (from (a+A)to dual phases region) 双相处理两次淬火的双相组织扫描电镜照片如图3所示。两次淬火与一次淬火所得到的 双相组织有很大差别。两次淬火双相组织的特点是基体组织晶粒尺寸减小，更主要是马氏 体形貌变化较大。图3a是炉子处理两次淬火的双相组织，基体组织稍有细化，马氏体相的 形貌与一次淬火组织（图2）比较则完全不同，呈层片状组织特征。感应双相处理两次谇火 的双相组织如图3b所示。其组织特征变化更明显，基体铁素体晶粒明显细化，并稍带有层片 特征，而马氏体相则完全呈分散分布的细层片状组织。 图3二次淬火处双相钢的SEM照片()的子热处理，(b)盛应热处理 Fig.3 SEM of dual phasc steel produced by duplex quenching 分析表明，两次淬火双相组织特征的形成主要是由于以第一次的完全淬火得到全部板条 马氏体为原始组织。当再加热的过程中和加热到铁素体和奥氏体两相区保温时，会发生两种 432

2 结果和分析 2 . 1 显微 组织结 构分析 ( 1) 双 相组织的观察分析 扫描 电镜观 察表明 , 经上 述不 同工艺热处 理 的试 样均获得铁 素体和马 氏体双相组 织 。 一次淬火双 相处理 的双 相组织 扫描电镜照片 ( 图 Z a ) 为 炉 子处 理一 次 淬 火的双 相组 织 。 可 以看 出 , 铁素体晶粒 较粗 大 , 马 氏体相密集分布于基 体铁 素体晶粒 交 汇处 。 感应双 相处理 一次 淬火的双 相组织 则 明显 不 同 , 如 图2b 所示 。 铁素体晶粒 明显 细 化 , 马 氏体组织 比较 分散 , 分 布于 铁素体 晶粒 内部或交界处 。 故 可以 认为 , 感应热处 理一 次淬 火 双 相组织 的主要 特点 是基体组织 细化 , 第二 相组织 分 散 。 这 主要是 由于感应热处 理加 热速 度 快 , 均 热时 间短所致 。 图2 一次 淬火处理双 相钢 的S E M 照片 ( a ) 炉子热处理 ; ( b) 感应热处理 F 1 9 . 2 s E M o f d u a l Ph : s e s t e e l P r o d u e e d b y q u e n e h 主几 g ( f r o m ( a + A ) t o d u a l P h a o e s r e g 士o n ) 双 相处 理两次 淬火的双 相组织 扫描电镜照片如图 3 所示 。 两次 淬火 与一 次淬火 所得 到 的 双相组织 有很 大差 别 。 两次 淬火 双 相组织 的特点是 基体组 织 晶粒尺 寸减小 , 更主 要 是 马 氏 体 形 貌 变 化较大 。 图 a3 是 炉子 处理 两次 淬火 的双 相组织 , 基体组织 稍有细 化 , 马 氏体相 的 形貌与一次淬火组 织 ( 图 a2 ) 比较 则完全 不同 , 呈 层片状组织 特征 。 感应双 相 处 理两 次淬火 的双 相组 织如 图 3b 所示 。 共组织特征变 化 更明显 , 基 体铁 素体晶粒 明显 细 化 , 并稍带有层片 特征 , 而 马 氏体相 则完全呈 分散 分布 的 细层片 状组 织 。 图 3 二 次淬火 处理双相 钢 的 S E M 照 片 ( a) 炉子 热处理 ; ( b) 感应热 处理 F 19 . 3 s E M o f d u a l p h a s e s t e e l p r o d u e e d b y d u P l e x q u e n e h i n g 分析 表明 , 两次 淬火双 相 组织 特征的形成 主要 是 由于 以第一次 的完全淬火 得到全 部板条 马 氏体为 原始 组织 。 当再加 热 的过 程中和 加热到铁素体和 奥氏体两相区保 温 时 , 会发 生两 种 4 3 2

组织变化：()铁素体的生成；(b)奥氏体的形成。铁素体是由马氏体在加热和保温时发生 回火转变而生成的，包括正方a相向立方α相的转变即铁素体相的生成；随后是铁素体的再结 晶和晶粒长大；同时，还发生碳在铁素体的某些区域富集等。这一系列的过程是在加热和保 温时逐步进行的。奥氏体的形成是在加热到A,温度以上时，在铁素体相中富碳区首先进行。 由于这部分铁素体的再结晶过程尚未完成，所以生成的奥氏体也保持了原始组织中马氏体层 片状的形貌。淬火后这部分奥氏体所转变成的马氏体也保留了层片状特征。炉子处理加热速 度慢、保温时间长，铁素体相已完成等轴化再结晶和随后的晶粒长大过程，故铁素体晶粒较 粗大。而奥氏体生成时，形貌仍受控于原始组织特征，则马氏体相保留了层片状的特征。由 于感应热处理加热时间短促，铁素体再结晶过程进行的不完全，故保留了层片状形貌痕迹， 同时也呈现出铁素体等轴晶晶界。可以看出，晶粒并未充分长大。马氏体相更是充分保留了 层片状组织的特征。可以认为，铁素体组织细小，马氏体为分散分布的细层片状组织是感应 热处理两次淬火双相组织的特征r4)。 (2)铁素体晶粒尺寸测定对经不同方法热处理得到的双相组织，用线截法定量测定基 体组织铁素体相的晶粒平均截线长度(L),测量结果如表1所示。 表1铁素体晶粒平均截线长度 Table 1 Ferritic grain size of bual phase steel 类 型 处理方法 铁素体品粒平均截线长度Lμm 4 炉子 一次淬火 18.5 热处理 两次淬火 15.2 感应 一次淬火 12.7 热处理 两次淬火 9.4 可以看出，感应双相处理比炉子双相处理双相组织中铁素体晶粒尺寸细小。两次诈火比 一次淬火双相组织中铁素体晶粒尺寸也细小。4种双相处理方法中尤以感应热处理两次淬火 双相组织中铁素体品粒尺寸最小。可以说明，感应热处理的快速加热特点和以板条马氏体为 原始组织的两次济火双相处理工艺是双重细化晶粒，改善组织特征的主要原因。 (3)马氏体体积分数测定对经不同方法热处理得到的双相组织，用特殊浸蚀方法分班 !铁素体和马氏体两个相。用图像仪定量测定马氏体相的体积分数，结果列于表2。 表2马氏体体积分数 Table 2 Volume fraction of martensite of dual phase steel 类型 处理方法 马氏体体积分数， 护子 一次谇火 17,0 热处理 两次淬火 23.2 盛应 一次淬火 19.6 热处理 两次淬火 21.7 可以看出，对于特定成分的钢材，经不同方法热处理得到双相组织中马氏体相的体积分 数均在20%左右。表明本课题一系列工作中关于合金化及热处理工艺参数的探素性研究， 所得到的不同热处理方法的工艺参数选择是适当的。分析表明，按双相钢合金设计原则，当 433

组织变化 : ( a ) 铁素体的生成 ; ( b ) 奥氏体的形 成 。 铁素体是 由马 氏体在加热和保温时发 生 回火转变而 生 成的 , 包括正 方a 相向立方a 相 的转变即铁素体相 的生 成 ; 随后是铁素体的再结 _ 晶和 晶粒长大 ; 同时 , 还发生碳在铁素体的某些 区域富集等 。 这一 系列的过程是在加 热和保 温时逐步 进行的 。 奥氏体的形成 是在 加热 到 A , 温度 以上时 , 在铁素体相中富碳区 首先进行 。 由 于这部分铁 素体的再 结晶过程尚未完成 , 所以 生成的奥 氏体也保持 了原始组织 中马 氏体层 片状的形貌 。 淬火后这 部分奥氏体所转变成 的马 氏体也保 留 了层 片状特征 。 炉子处理 加热 速 度慢 、 保温 时 间长 , 铁素体相 已完成等轴化再 结晶和随后 的 晶粒 长大过程 , 故铁素体晶粒 较 粗大 。 而 奥 氏体生 成 时 , 形貌 仍受控于原始组织 特征 , 则马 氏体相保留 了层片状 的特 征 。 由 于感应热处 理加热 时间短促 , 铁素体再结晶过 程进 行的不 完全 , 故保留 了层片状 形貌 痕迹 , 同时也呈 现 出铁素体等轴晶晶 界 。 可 以看 出 , 晶粒并未充分长大 。 马 氏体相更是充分 保留 了 层 片状组织 的特征 。 可 以 认为 , 铁素体组织 细小 , 马氏体为分散分布的细层 片状 组织 是 感应 _ 热 处理 两次 淬火双 相组织 的特征 〔 4 ’ 。 (2 ) 铁 素体晶 粒尺寸测定 对经 不 同方法热处 理得到 的双相组 织 , 用线 截法定量 测定墓 体组织铁素体相的晶粒 平均 截线长 度 ( L ) , 测量结果如表 1所示 。 表 1 铁案体晶粒平均 截线长度 T a b l e 1 F e r r i t i e g r a i n s i z e o f b u a l p h a s e s t e e l 类 型 处理方法 铁素体晶位平均截线长度 L 邝 m 炉 子 一次 淬火 1 8 。 5 热处理 两次 淬火 15 。 2 感 应 一次 淬火 12 。 7 热处理 两次 淬火 9 . 4 可 以看 出 , 感应双相处理 比炉子双相 处理双 相组 织 中铁素体晶 粒尺 寸细 小 。 两 次淬火 比 一次 淬火双相组 织 中铁 素体晶粒 尺寸也 细小 。 4 种双相处 理 方法 中尤 以感应 热处 理两次 淬火 双相组 织 中铁素体晶粒尺 寸最小 。 可 以说 明 , 感 应热 处理 的快 速加 热特点和 以板 条 马 氏体为 原始组 织的 两次 淬火双 相处理工 艺是双 重 细化 晶粒 , 改善组织 特征 的主 要原 因 。 ( 3) 马氏体 体 积分数测定 对 经不同 方法热 处理 得 到的双相 组织 , 用 特殊授 蚀 方怨 分辨 出铁素 体和马 氏体 两个 相 。 用 图 像仪 定量 测定马 氏体 相的 体积 分数 , 结梁 列 于 动扮 。 表 2 马 氏体体积分数 T a b l e 2 V o l it nt e f r a e t i o n o f m a r t e n s j t e o f d u a l p l l a s o s r 。 。 l 类 型 处理 方法 马 氏体体积分数 , % 炉 子 一次 淬火 1 7 。 9 热处理 两次 淬火 2 3 . 2 感 应 一次淬火 19 . 6 热处理 两次 淬火 2 1 . 7 可 以看出 , 对于 特定成分 的钢材 , 经 不 同方法热处理得到 双相组织 中马 氏体 相 的体积 分 数 均在 20 % 左 右 。 表明本课题一系 列工作 中关 于合金化及 热 处理 工 艺参数的探 索 性 研 究 , 所得到的不同热处 理 方法的工 艺参数选择是适当的 。 分析表明 , 按双 相钢 合金 设计原 则 , 当 4 3 3

钢的含碳量为0.1%时，可认为双相组织中碳组元全部存在于马氏体相。当马氏体相体积分 数为20%时，则马氏体含碳量不会大于0.4%。这时马氏体应为位错型的板条马氏体，既保 证了足够的强度，又保持了相当的韧性。同时，也对基体相铁素体变形能力有良好的协调 性。综合分析表明：相当数量的马氏体相与基体铁素体组织的相互配合是双相钢具有强度与 塑性良好配合的基本保证。而感应热处理和两次淬火双相处理使基体相铁素体晶粒细化，马 氏体相分散分布并呈层片状特征是进一步提高双相钢强韧化水平的充分条件〔5)。 (4)双相组织的亚结构分析将经不同方法热处理的双相组织俐成薄膜试样，进行透射 电镜观测，主要分析双相组织中铁素体的亚结构特征。 经炉子处理双相组织薄膜试样的透射电镜照片如图4所示。图4是一次淬火双相组织中 铁素体的亚结构特征，图4是二次淬火组织的亚结构。可以看出，二次淬火组织铁素体亚晶尺 寸比一次淬火的要小。铁素体内位错线分布特征如图5所示。可以看出，炉子处理双相组织 图4炉子处理双相钢中铁类体TEM照片(a)一次淬火；(b)二女淬火 Fig.4 TEM of ferrite matrix in dual phase steel with furnacc 图5炉子处理组织铁秦体亚晶·位错分布(3)一次淬火，(b)二次济火 Fig.5 TEM of dislocation distribution of ferrite matrix treating with furnace 图6 感应热处理铁素体相的TEM照片(a)一次火；(b)二次祚火 Fig.6 TEM of ferrite treated by induction heat treatment 434

钢的 含碳 量为 。 . 1 % 时 , 可认为 双 相组织 中碳 组元 全部存在于 马 氏体相 。 当马 氏体 相 体积分 数为 20 % 时 , 则马氏体含碳量不 会大于 0 . 4 % 。 这时马 氏体应为位 错型 的板条 马 氏 体 , 既保 证 了足够的强度 , 又保持 了相 当 的韧性 。 同时 , 也 对基体相铁 素体 变形能力 有 良 好 的协 调 性 。 综合分析表明 : 相当数量的马氏体相 与基体铁素体组织的相 互配 合是双 相钢具有强度 与 塑性 良好 配 合的基本保证 。 而 感应热 处理和 两次淬火双 相处理使基 体相铁 素体晶粒细 化 , 马 氏体 相分 散分 布并呈 层片状特 征是进一步提 高双 相钢 强韧 化水平的 充分条 件 〔 弓 ’ 。 ( 4) 双 相 组织的亚 结构分析 将经 不 同方法 热处理 的双 相组织 制成 薄膜试 样 , 进 行透 射 电镜观 测 , 主 要 分析双相 组织中铁素体的亚 结构特征 。 经炉 子 处理 双相组织薄膜试 样的透射 电镜 照片如图 4 所示 。 图a4 是一次 淬火 双 相组织 中 铁 素体的亚结构特征 , 图b4 是二 次 淬火 组织 的亚 结构 。 可 以看出 , 二 次淬火组 织铁素体亚 晶尺 寸 比一次 淬火 的要小 。 铁素 体内 位错线 分布特 征如图 5 所示 。 可以看 出 , 炉子 处理 双相 组织 蘸蒸翼 图 4 F 19 . 生 炉子 处理 双相钢中铁 素体 T E M 照 片 a( ) 一次 淬火 ; (b ) 二次淬火 T E M o f f e r r i t e m a t r i x i n d u a l Ph a s e s t e e l w i t h f u r n a C e 撇 翼图 5 炉子处 朦 理组 织铁素体亚 晶中 簿 位错分布 ( a ) 一次淬火 ; ( b) 二次 淬火 F 19 . 5 T E M o f d i s l o e a t i o n d 王s t r i b u t i o n o f f e r r i t e m o t r i x t r e a t i n g w i t h f u r n a e e 薪华奎 图 6 感应热处理铁素体 相的 T E M 照 片 ( a) 一 次淬火 , ( b) 二次 淬火 F 19 . 6 T E M o f f e r r i t e t r e a t e d b y i n d u C t i o n h e a t t r e a t m e n t 4 3 4

铁素体亚晶内位错线密度不高，并且分布较均匀。两次谇火时位错密度有所增高如图5b。 感应双相处理试样的透射电镜照片如图6所示。可以看出，铁素体相亚品尺寸明显减小 和碎化，两次淬火组织更为明显（如图6b)。铁素体相亚品尺寸更为细小。铁素体相晶内位 错线分布特征的透射电镜照片如图7所示。由图可见，铁素体亚晶内位错密度增多且.分布 图7感应热处理铁素体位错线分布()一次淬火：(b)二次泸火 Fig.7 TEM of dislocation distribution of ferrite matrix produced by induction heat treatment 不均匀，多集聚于亚晶界和与马氏体的交界处。除以上两点外，还有一点与炉子处理明显不 同，就是位错线的分布呈现特殊组态形貌，如图7示，亚晶中位错呈条带状聚集分布。分析认 为，这是一种位错分布的低能组态，称位错多极子群。位错线的这种分布是平行的密集滑移 面上异号位错成对排列组成的。由此可以认为，感应热处理双相组织中铁素体相亚晶结构细 化，位错密度增高并不均匀分布，并出现低能组态位错多极子群分布等，这些亚结构特征是 影响双相组织性能的重要因素4-7)。 2,2力学性能实验结果及分析 经上述不同方法双相处理的试样，进行拉伸性能实验。结果如表3所示。 表3力学性能试验结果 Table 3 Results of mechanical properties tests 处理 力 学 性 能 类型 方法 Gb/MPa 0.2/MPa c0.2/0b 8/% p/% 炉子 一次淬火 720.8 355.0 0.9 25.8 55,4 热处理 两次淬火 735.5 387.4 0.52 28,2 61.4 感应 一次淬火 750.2 395.2 0.52 27.5 69,6 热处理 两次淬火 764.2 403,1 0.53 26,3 71.0 由以上结果可以看出，不同热处理方法得到双相组织的力学性能均具备双相钢的强度 高、塑性好和屈强比低等强韧性特点。比较分析表明，感应双相处理比炉子双相处理的力学 性能明显优越，强韧化水平显著提高。首先是强度有所提高，抗拉强度（σ。）和屈服强度 435

铁素体亚 晶 内位错 线密度不 高 , 并且 分 布较 均匀 。 两 次淬火 时 位错 密度有所增高如 图s b 。 感应双相 处理 试样的透 射 电镜照片如 图6 所示 。 可 以看出 , 铁素体相 亚晶 尺寸 明 显减 小 和 碎化 , 两次 淬火组织更 为 明显 ( 如 图6 b) 。 铁素体相 亚晶尺寸 更为 细小 。 铁 素体相晶 内位 错线 分布特征的透射电镜照 片如 图 7 所 示 。 由 图可 见 , 铁素体亚 晶 内位 错 密度增 多 且 分 布 图7 感应 热处理铁素体位 错线 分布 a( ) 一 次 淬火 ; (b )二 次 淬火 F 19 . 7 T E M o f d 呈s l o e a t i o n d i s t r i b u t i o n o f f e r r i t e m a t r i K P r o d u e e d b y i n d u e t i o n h e a t t r e a t m e n t 不均 匀 , 多集聚于亚 晶界和与马 氏体的交界处 。 除以上两点 外 , 还有 一点与炉子处 理 明显不 同 , 就是位错 线 的分布呈 现特殊组态 形 貌 , 如图 7示 , 亚 晶 中位 错呈条 带状 聚集分布 。 分析认 为 , 这 是 一种 位错 分布的 低 能组态 , 称位错多极 子群 。 位 错线 的这 种分布是 平行 的 密集滑移 面上异号 位错 成对排列组成 的 。 由此 可以 认为 , 感应热 处理 双 相组织 中铁 素体相亚 晶结 构细 化 , 位错 密度增高并不 均匀分 布 , 并 出现低能组 态位错多极 子 群分布 等 , 这 些 亚结构特征是 影响双相 组织性能 的重要 因素 〔 4 一 7 ’ 。 2 . 2 力 学性能实 验结 果及 分析 经上述 不 同方法双 相处 理 的试样 , 进行 拉伸性 能 实验 。 结 果如表 3 所 示 。 表3 力学性 能试验结 果 T a b l e 3 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 是e s t e s t s ō一少 一性b 一% 一能 ó一切 ù一% 一 一型 一处方 一理法 ō一犷 一lM ù一P ù力一厅 一M ù一P 一学一 四一了 类 扩 : 子 热 处 理 一次 淬火 两次淬火 7 2 0 . 8 7 3 5 。 5 3 5 5 。 0 3 8 7 。 4 O 。 透9 0 。 52 5 5 。 4 6 1 。 4 感 应 热 处 理 一次淬火 两次淬火 7 5 0 。 2 7 6 4 。 2 3 9 5 。 2 4 0 3 。 1 0 。 5 2 0 。 5 3 2 7 。 5 2 6 。 3 由 以上结果 可 以看 出 , 不同热 处理 方 法得 到双 相组织 的 力学 性 能均具备双 相 钢 的 强度 高 、 塑 性好 和屈强 比低等强 韧性 特点 。 比较 分析表 明 , 感应双 相 处理 比炉 子双相处理 的 力学 性能明显 优越 , 强韧化水平显著提高 。 首先 是强 度有所 提 高 , 抗拉 强 度 ( a 。 ) 和屈 服 强度 4 3 5

(0。·z)同步提高，屈强比仍保持较低水平；其次是塑性也得到改善，延伸率(6)稍有变化， 而面缩率()有较大幅度增加，表明钢的冷变形能力也有改善。实验结果还表明，两次谇火 比一次淬火的性能要优越得多。尤其是感应双相处理两次淬火的双相组织，达到本研究最优 性能指标。表明用感应热处理方法得到的双相钢材在进一步冷变形深加工方面具有很大的潜 力91。 力学性能实验结果与双相组织及亚结构检测结果综合分析可以看出，感应双相处理，尤 其是两次谇火的双相组织及亚结构的特殊性，导致感应热处理双相钢力学性能的显著改善。 因而可以认为，感应热处理两次淬火工艺是制取高强韧化水平双相钢的一种有效的新方法。 同时，在生产中用专门设计的两套感应加热和喷水装置，可实现连续两次谇火。且便于自动 化控制，钢材性能提高，质量稳定可靠。尤其对于双相钢钢丝、钢棒、钢筋和钢管的生产， 感应双相处理两次淬火工艺显示了极大的优越。 3结 论 (1)感应热处理的双相组织明显细化，尤其是两次谇火双相处理，铁素体晶粒尺寸细 小，马氏体呈细小层片状分散分布： (2)感应热处理双相组织亚结构特征是铁素休亚晶尺寸细小，位错密度增高且不均匀分 布，并有低能组态的位错多极子群出现影 (3)感应热处理两次谇火双相处理明显提高双相钢的强韧化水平，是制取高性能双相钢 的新型工艺。 参考文献 1 Gerbas J,Embury J D,Hobbs R M.Structure and Properties of Dual Phase Steels,ed,by Kot R A,New York:TMS/AIME,1979:118 2 Becker J,et al,Fundamental of Dual Phase Steels,ed,by Kot R A,New York:TMS/AIME,1981:383 3 Thomas G,Mechanical Properties and Phase Trasformation in Engineering Materials,ed.by Antolovich S D,New York:TEM/AIME,1986:147 4 Koo J Y,Thomas G,Formable HSLA and Dual Phase Stcel,ed,by Dave- nport A T,New York:TMS/AIME,1979,40 5 Owen W S,Mechanical Properties and Phase Trasformation in Engincering Materials,ed,by Antolovich S D,New York:TMS/AIME,1986:125 6 Hansen SS,Pradhan RR.Fundamental of Dual Phase Stcel,ed,by Kot R A,New York TMS/AIME,1981:113 7弗里埃德尔J,王焜译。位错，北京：科学出版社，1980：314 8 Hirsch P,et al.Electron Microscopy of Thin Crystals,New York:Robert E Krieger Publishing Company Huntington,New york:1977:185 9 Kim N J,Thomas G,Metals Trans,,1981,12A:483 436

〔 ’O 。 . : ) 同 步提高 , 屈 强比仍保持较低水平 ; 其次是塑 性也得到改善 , 延伸率 ( 句 稍有变化 , 而 面缩率 ( 沪) 有较大幅度增加 , 表明钢的冷 变形 能力也有改 善 。 实验结果还 表明 , 两 次 淬火 比一次 淬火的 性能要 优越得多 。 尤 其是感应双相处理 两次淬火的双相 组织 , 达到 本研究最 优 性能指标 。 表明用 感应热处理 方法得到的双 相钢材在进一步冷变形深加 工方面具有很大的潜 力 〔 “ ” 。 力 学性 能实验 结果与双 相组织及亚结构检测结果综合 分析可以看出 , 感应双相处理 , 尤 其是两次 淬火的双相 组织 及亚结构 的特殊性 , 导致感 应热处理双相钢力学性能的显著改 善 。 因而 可 以认 为 , 感 应热处理 两次 淬火工 艺是制 取高强韧化水 平双相钢的一种有 效的新方法 。 同时 , 在生产 中 用专门设计 的两套感应加热和喷水装置 , 可实现 连续两次淬火 。 且便于 自动 化控制 , 钢 材性 能提高 , 质 量稳定可靠 。 尤其对于双 相钢 钢丝 、 钢棒 、 钢筋和钢管的生产 , 感应双相处 理两次 淬火工艺显示 了极大的优越 。 3 结 论 ( 1) 感应热处理 的双 相组 织 明显 细化 , 尤其是两 次 淬火 双 相处 理 , 铁素 体 晶 粒 尺寸 细 小 , 马氏 体呈细小层片 状分散分布 ; ( 2) 感应热处理双 相组织 亚结 构特征是铁素体亚晶尺 寸细小 , 位错密度 增 高且不 均匀 分 布 , 并有低能组态 的位错多极子群 出现; ( 3) 感 应热 处理两 次 淬火双 相处理 明显提高双 相 钢的强韧化水平 , 是制取高性能双 相钢 的新型 工艺 。 参 考 文 献 1 G e r b a s J , E m b u r v J D , H o b b s R M 。 S t r u e t u r e a n d P r o p e r t i e s o f D u a l P h a s e S t e e l s , e d . b y K o t R A , N e w Y o r k : T M S / A I M E , 1 9 7 9 : 1 1 8 2 B e e k e r J , e t a l . F u n d a m e n t a l o f D u a l P h a s e s t e e l s , e d . b y K o t R A , N e w Y o r k : T M S /A I M E , 1 9 8 1 : 3 8 3 3 T h o m a s G . M e e h a n i e a l P r o P e r t i e s a n d P h a s e T r a s f o r m a t i o n i n E 一z g i n e e r i n g M a t e r i a l s , e d 。 b y A n t o l o v i e h S D , N e w Y o r k : T E M / A IM E , 1 9 8 6 : 1 4 7 4 K o o J Y . T h o m a s G , F o r m a b l e H S L A a n d D u a l P h a s e s t e e l , e d . b y D a v e - n p o r t A T , N e w Y o r k : T M S / A IM E , 1 97 9 , 4 0 5 O w o n W S . M e e l : a n i e a l P r o p e r t i e s a n d P h a s c T r a s f o r nr a t i o n i 几 E n g i n e e r i n g M a t c r i a l s , e d . b y A n t o l o v i e h S D , N e w Y o r k : T M S / A I M E , 1 9 5 6 : 22 5 6 1于a o s e n 5 5 , P r a d h a n R R . F u n d a m e n t a l o f D u a l P h a s e S t e e l . e d 。 b y K o t R A , N e w Y o r k T M S / A I M E , 1 9 8 1 : 1 1 3 7 弗 里埃德尔 J , 王 燥译 . 位错 , 北京 : 科学 出版社 , 19 8。 : 3 14 8 H i r s c h P , e t a l . E l e e t r o n M i c r o s e o p 丁 o f T h i n C r y s t a l s , N e w y o r k : R o b e r t E K r i e g e r P u b l i s h i n g C o m P a n y H u n t i n g t o n , N e w y o r k : 1 9 7 7 : 1 8 5 9 K i m N J , T h o m a s G . M e t a l s T r a n s . , 1 9 8 1 , 1 2 A , 4 8 3 4 3 6