李明保等：TMCP工艺对Si-Mn系贝氏体钢组织与性能的影响 *1117· 的冷速从550℃冷至280℃时，发生贝氏体转变的开始 在低于400℃时表现得更加明显.另外，在低于550℃ 温度为396.7℃，随后发生马氏体转变的温度为 时，铁原子及其替换合金元素不能进行明显的扩 229.7℃：而以0.1℃·s冷却时，贝氏体开始转变温 散0，试验钢中铬元素与碳原子结合力较强，增大了 度为346.5℃，马氏体转变温度为265.7℃. 碳原子在奥氏体中的扩散激活能，阻碍了碳原子扩散， 加长了贝氏体相变的孕育期. % 2.2连续冷却制度下Si-Mn钢的微观组织及力学 30 性能 20 轧制工艺过程如图3所示，轧后先通过水雾冷却 10 分别冷至450(1)500(2)和550℃(3)，然后放入 0 炉内缓慢冷却，平均冷速0.01℃·s.表2列出试验 -10 钢的力学性能，图4为力学性能随终冷温度的变化 -20 可以看出，随着终冷温度的升高，抗拉强度升高，而屈 421.3 服强度先降低后升高，伸长率降低·由于贝氏体相变 -30 700 1200℃.2h 0100200300400500600 1100-980℃ 温度℃ 950-910℃ 图2冷速为0.01℃·s1时试验钢的线膨胀量变化 Fig.2 Changes in linear swell values of the experimental steel when 450℃(500℃.550℃) the cooling rate is 0.01 C's! 钢的贝氏体转变伴随着碳的扩散，相变后新相贝 氏体碳含量降低，未转变的奥氏体中含碳量增大.相 对于以0.1℃·s冷却，以0.05℃s冷却时，贝氏体 转变时间相对充裕，贝氏体转变量较大，碳在贝氏体中 过饱和度较低.残余奥氏体的碳含量越低，其稳定性 相对越差，容易在变形的初期发生马氏体相变，转变成 时间h 马氏体：而碳含量较高的残余奥氏体需要相对较高的 图3轧制工艺流程 能量即更大的变形量才能发生马氏体转变.另外， Fig.3 Rolling process 贝氏体铁素体的生成使周围残余奥氏体产生压应力， 表2试验钢的力学性能 导致在随后的冷却过程中马氏体的切变阻力增大，也 Table 2 Mechanical properties of the experimental steel 推迟了马氏体转变.如图2，当试验钢以0.01℃·s冷 编号 屈服强 抗拉强 伸长 冲击 却时，贝氏体转变的开始温度为421.3℃，而在图中反 m值屈强比 度IMPa 度/MPa 率/% 功小 映马氏体转变的膨胀量变化已不明显. 1 730.32 1346.9919.7723.740.180.542 试验钢膨胀量与时间的关系如图1(b)所示.由 2 699.08 1365.1419.59 19.150.180.512 于贝氏体相变受碳原子扩散控制，贝氏体铁素体的长 3# 812.19 1414.3818.5222.570.170.574 大需要αy相界面的奥氏体中碳扩散出去，碳的影响 1400(a 198固 ·一伸长率 1300 19.6 1200 ·屈服强度 19. 盖1u0 ·抗拉强度 92叶 900 18.8 800 18.6 700 440460480500520540560 1840460480500520540560 终冷温度℃ 终冷温度元 图4力学性能随终冷温度的变化.()屈服强度和抗拉强度：(b)伸长率 Fig.4 Change of mechanical properties with final cooling temperature:(a)yield strength and tensile strength:(b)elongation李明保等: TMCP 工艺对 Si--Mn 系贝氏体钢组织与性能的影响 的冷速从550 ℃冷至280 ℃时，发生贝氏体转变的开始 温度 为 396. 7 ℃，随 后 发 生 马 氏 体 转 变 的 温 度 为 229. 7 ℃ ; 而以 0. 1 ℃·s － 1 冷却时，贝氏体开始转变温 度为 346. 5 ℃，马氏体转变温度为 265. 7 ℃ ． 图 2 冷速为 0. 01 ℃·s － 1时试验钢的线膨胀量变化 Fig． 2 Changes in linear swell values of the experimental steel when the cooling rate is 0. 01 ℃·s － 1 图 4 力学性能随终冷温度的变化． ( a) 屈服强度和抗拉强度; ( b) 伸长率 Fig． 4 Change of mechanical properties with final cooling temperature: ( a) yield strength and tensile strength; ( b) elongation 钢的贝氏体转变伴随着碳的扩散，相变后新相贝 氏体碳含量降低，未转变的奥氏体中含碳量增大． 相 对于以 0. 1 ℃·s － 1冷却，以 0. 05 ℃·s － 1冷却时，贝氏体 转变时间相对充裕，贝氏体转变量较大，碳在贝氏体中 过饱和度较低． 残余奥氏体的碳含量越低，其稳定性 相对越差，容易在变形的初期发生马氏体相变，转变成 马氏体; 而碳含量较高的残余奥氏体需要相对较高的 能量即更大的变形量才能发生马氏体转变［10］． 另外， 贝氏体铁素体的生成使周围残余奥氏体产生压应力， 导致在随后的冷却过程中马氏体的切变阻力增大，也 推迟了马氏体转变． 如图2，当试验钢以0. 01 ℃·s － 1冷 却时，贝氏体转变的开始温度为 421. 3 ℃，而在图中反 映马氏体转变的膨胀量变化已不明显． 试验钢膨胀量与时间的关系如图 1( b) 所示． 由 于贝氏体相变受碳原子扩散控制，贝氏体铁素体的长 大需要α-γ相界面的奥氏体中碳扩散出去，碳的影响 在低于 400 ℃时表现得更加明显． 另外，在低于 550 ℃ 时，铁原 子 及 其 替 换 合 金 元 素 不 能 进 行 明 显 的 扩 散［11］，试验钢中铬元素与碳原子结合力较强，增大了 碳原子在奥氏体中的扩散激活能，阻碍了碳原子扩散， 加长了贝氏体相变的孕育期． 2. 2 连续冷却制度下 Si--Mn 钢的微观组织及力学 性能 轧制工艺过程如图 3 所示，轧后先通过水雾冷却 分别冷至 450 ( 1# ) 、500 ( 2# ) 和 550 ℃ ( 3# ) ，然后放入 炉内缓慢冷却，平均冷速 0. 01 ℃·s － 1 ． 表 2 列出试验 钢的力学性能，图 4 为力学性能随终冷温度的变化． 可以看出，随着终冷温度的升高，抗拉强度升高，而屈 服强度先降低后升高，伸长率降低． 由于贝氏体相变 图 3 轧制工艺流程 Fig． 3 Ｒolling process 表 2 试验钢的力学性能 Table 2 Mechanical properties of the experimental steel 编号 屈服强 度/MPa 抗拉强 度/MPa 伸长 率/% 冲击 功/ J n 值 屈强比 1# 730. 32 1346. 99 19. 77 23. 74 0. 18 0. 542 2# 699. 08 1365. 14 19. 59 19. 15 0. 18 0. 512 3# 812. 19 1414. 38 18. 52 22. 57 0. 17 0. 574 · 7111 ·