第12期 吕海青等：预变形方式对微合金钢中贝氏体热稳定性的影响 .1543 使用的材料显然应该避免其发生，这表明，在新一 1.2预应变的施加方法 代钢铁材料的发展中，除了“如何获得细化的非平衡 扭转变形样品的中轴线平行于钢板轧向，样品 组织”这一问题外，还存在一个同等重要的课题，就 的直径为5.5mm,标距内长度为55mm,围绕样品 是“如何保持细化的非平衡组织”. 的中轴线，在室温分别扭转720°与1500°，则在样品 在热扰动导致组织失稳的各种情形中，相对简 上产生纯切变.越靠近样品表面，切变量越大·冷 单同时又非常重要的是钢在A1温度以下受热时的 弯样品实行对折式弯曲，样品厚度约3mm,平行于 组织演化问题，它不涉及结构相变，但可能通过回复 钢板纵剖面切取，弯曲半径为6mm, 和再结晶导致钢的明显软化，杨善武、武会宾 1.3热处理制度 等[8的工作表明，变形奥氏体中的位错如果受到 将经历预变形的样品密封在抽空的石英管内置 纳米尺度的Nb(C,N)析出相钉扎，则转变后形成的 于箱式电炉内，在550℃分别等温0.5~48h,然后 贝氏体具有很高的热稳定性，他们据此推测，在转 取出空冷，以研究不同类型、不同应变量的预变形对 变前于变形奥氏体中形成的析出颗粒对位错的钉扎 样品在受热过程中组织演化的影响， 关系能够保持到相变之后，并对贝氏体在受热时的 1.4硬度测量与显微组织观察 回复、再结晶过程产生阻碍作用，但是，他们的工作 (1)维氏硬度的跟踪测量.对于在550℃分别 未涉及材料受热前的预应变对非平衡组织热稳定性 等温不同时间的各种样品，先将两面用400*砂纸磨 的影响 光，然后顺次磨至1500#砂纸，置于HD945型光学 材料在成形、服役过程中往往会经历范性变形 表面洛氏/维氏硬度仪上进行维氏硬度(HV)测量， 和热扰动，如制造管线时需要对钢板实行弯曲成形 选用载荷为294N,加载30s,每一等温时间取两个 和焊接，建筑用钢也常常要经历预应变、焊接以及火 平行样品，在等变形量位置取四个点取平均值， 灾的考验等，均涉及预应变对显微组织热稳定性的 (2)光学金相观察，样品磨平抛光后，用3%硝 影响问题 酸无水乙醇溶液侵蚀，侵蚀时间约为2min,最后置 预应变会改变材料内的位错密度、位错分布以 于Olympus BX51M金相显微镜下观察并摄照显微 及位错与析出的相互作用状态，其作用效果一般是 组织 非常复杂的，为了便于澄清机制，本文对比研究了 (3)透射电子显微镜(TEM)观察.先将样品经 扭转变形与弯曲变形对贝氏体热稳定性的影响. 过线切割，切成0.4mm的薄片，用800到1500* 的砂纸双面研磨至30~60m,然后冲制成3mm 1材料与实验方法 的小圆片.对3mm的小圆片进行双喷减薄，所用 1.1实验钢的化学成分 的双喷液为5%的高氯酸酒精溶液，电压控制在 实验钢的化学成分如表1所示，钢中加入硼与 50V左右，电流在15mA左右，温度为-20~ 一30℃.然后利用日立公司H800透射电子显微镜 锰主要是为了推迟低碳钢的α转变，加入硅是为 观察高倍下的组织与缺陷形态，工作电压为175kV, 了抑制渗碳体析出，以便在控扎控冷条件下得到以 贝氏体为主的显微组织，钢中只加入了一种强碳化 2实验结果与讨论 物形成元素铌，以保证以后实验中所观测到的析出 2.1等温加热过程中样品硬度的变化 颗粒均为铌的析出相. 图1反映经历不同方式变形样品的硬度在随后 表1实验钢的化学成分（质量分数） 的550℃等温过程中的变化，由硬度曲线可以看 Table 1 Chemical composition of experimental steel % 出，样品的未变形区除了在等温开始阶段有一个硬 C Mn Si Nb B Fe 度下降再回升的阶段外，在等温10h后硬度基本保 0.069 1.280.310.0620.0022 余量 持平稳.弯曲与扭转这两种方式的范性变形都可以 大幅度提高样品的硬度，但在随后的等温受热过程 实验钢由25kg真空感应炉冶炼、热锻后进行 中，两类变形区的表现呈现明显差别， 控制轧制.钢坯轧前厚度为60mm,分两阶段八道 在等温开始阶段，弯曲变形区（即最大张应变 次轧制，轧后先空冷大约20s,温度降至780℃后进 区，下同)的硬度虽然先有小幅度上升，但接着迅速 入水流冷却，冷速约20℃·s-1,冷至室温30℃，冷 下降，等温至10h,共下降了近70HV.从10h到 却时间约40s 20h,硬度值基本未发生改变，等温到20h后，硬度又使用的材料显然应该避免其发生．这表明‚在新一 代钢铁材料的发展中‚除了“如何获得细化的非平衡 组织”这一问题外‚还存在一个同等重要的课题‚就 是“如何保持细化的非平衡组织”． 在热扰动导致组织失稳的各种情形中‚相对简 单同时又非常重要的是钢在 A1 温度以下受热时的 组织演化问题‚它不涉及结构相变‚但可能通过回复 和再 结 晶 导 致 钢 的 明 显 软 化．杨 善 武、武 会 宾 等［8—10］的工作表明‚变形奥氏体中的位错如果受到 纳米尺度的 Nb（C‚N）析出相钉扎‚则转变后形成的 贝氏体具有很高的热稳定性．他们据此推测‚在转 变前于变形奥氏体中形成的析出颗粒对位错的钉扎 关系能够保持到相变之后‚并对贝氏体在受热时的 回复、再结晶过程产生阻碍作用．但是‚他们的工作 未涉及材料受热前的预应变对非平衡组织热稳定性 的影响． 材料在成形、服役过程中往往会经历范性变形 和热扰动‚如制造管线时需要对钢板实行弯曲成形 和焊接‚建筑用钢也常常要经历预应变、焊接以及火 灾的考验等‚均涉及预应变对显微组织热稳定性的 影响问题． 预应变会改变材料内的位错密度、位错分布以 及位错与析出的相互作用状态‚其作用效果一般是 非常复杂的．为了便于澄清机制‚本文对比研究了 扭转变形与弯曲变形对贝氏体热稳定性的影响． 1 材料与实验方法 1∙1 实验钢的化学成分 实验钢的化学成分如表1所示．钢中加入硼与 锰主要是为了推迟低碳钢的γ→α转变‚加入硅是为 了抑制渗碳体析出‚以便在控扎控冷条件下得到以 贝氏体为主的显微组织．钢中只加入了一种强碳化 物形成元素铌‚以保证以后实验中所观测到的析出 颗粒均为铌的析出相． 表1 实验钢的化学成分（质量分数） Table1 Chemical composition of experimental steel ％ C Mn Si Nb B Fe 0∙069 1∙28 0∙31 0∙062 0∙0022 余量 实验钢由25kg 真空感应炉冶炼、热锻后进行 控制轧制．钢坯轧前厚度为60mm‚分两阶段八道 次轧制．轧后先空冷大约20s‚温度降至780℃后进 入水流冷却‚冷速约20℃·s —1‚冷至室温30℃‚冷 却时间约40s． 1∙2 预应变的施加方法 扭转变形样品的中轴线平行于钢板轧向．样品 的直径为5∙5mm‚标距内长度为55mm‚围绕样品 的中轴线‚在室温分别扭转720°与1500°‚则在样品 上产生纯切变．越靠近样品表面‚切变量越大．冷 弯样品实行对折式弯曲‚样品厚度约3mm‚平行于 钢板纵剖面切取‚弯曲半径为6mm． 1∙3 热处理制度 将经历预变形的样品密封在抽空的石英管内置 于箱式电炉内‚在550℃分别等温0∙5～48h‚然后 取出空冷‚以研究不同类型、不同应变量的预变形对 样品在受热过程中组织演化的影响． 1∙4 硬度测量与显微组织观察 （1） 维氏硬度的跟踪测量．对于在550℃分别 等温不同时间的各种样品‚先将两面用400＃砂纸磨 光‚然后顺次磨至1500＃砂纸‚置于 HD9—45型光学 表面洛氏／维氏硬度仪上进行维氏硬度（HV）测量‚ 选用载荷为294N‚加载30s‚每一等温时间取两个 平行样品‚在等变形量位置取四个点取平均值． （2） 光学金相观察．样品磨平抛光后‚用3％硝 酸无水乙醇溶液侵蚀‚侵蚀时间约为2min．最后置 于 Olympus BX51M 金相显微镜下观察并摄照显微 组织． （3） 透射电子显微镜（TEM）观察．先将样品经 过线切割‚切成0∙4mm 的薄片‚用800＃到1500＃ 的砂纸双面研磨至30～60μm‚然后冲制成●3mm 的小圆片．对●3mm 的小圆片进行双喷减薄‚所用 的双喷液为5％的高氯酸酒精溶液‚电压控制在 50V 左 右‚电 流 在 15mA 左 右‚温 度 为 —20～ —30℃．然后利用日立公司 H—800透射电子显微镜 观察高倍下的组织与缺陷形态‚工作电压为175kV． 2 实验结果与讨论 2∙1 等温加热过程中样品硬度的变化 图1反映经历不同方式变形样品的硬度在随后 的550℃等温过程中的变化．由硬度曲线可以看 出‚样品的未变形区除了在等温开始阶段有一个硬 度下降再回升的阶段外‚在等温10h 后硬度基本保 持平稳．弯曲与扭转这两种方式的范性变形都可以 大幅度提高样品的硬度‚但在随后的等温受热过程 中‚两类变形区的表现呈现明显差别． 在等温开始阶段‚弯曲变形区（即最大张应变 区‚下同）的硬度虽然先有小幅度上升‚但接着迅速 下降‚等温至10h‚共下降了近70HV．从10h 到 20h‚硬度值基本未发生改变‚等温到20h后‚硬度又 第12期 吕海青等： 预变形方式对微合金钢中贝氏体热稳定性的影响 ·1543·