第6期 孙彦辉等：中碳钢高温力学和冶金行为 ·709。 温3min,以均匀成分和温度，促进析出物的溶解.然 性高于SS400和Q345B.在1350~825℃及700℃ 后以3℃·s的冷却速率加热或冷却至实验温度， 以下温度区间试样呈现出良好的塑性，断面收缩率 保温30s后以1.0×103s1的应变速率进行拉伸 在60%以上.表2是以亚<60%为脆性判断区域 实验（图）.试样拉断后，迅速喷水冷却以保留高温 的三个钢号试样的高温塑性温度区间. 下断口形貌和金相特征.试样冷却后，计算出其断 300 面收缩率（平，%和强度(，N·mm,采用扫描 250 ■SS400 ★-Q235B 电镜直接对断口形貌进行观察，断口磨平抛光后用 -Q345B 200 4%硝酸酒精溶液侵蚀观察金相组织， wW.N)o 150 e=1X10-1s 100 1350℃ 3 min e=1×10-3s4 50 3℃·s 30s M 20℃·s1 0 700 900110013001500 T/℃ 图3不同温度下钢的强度极限 时间 Fig.3 Tensile strength of steels at different temperatures 图I Gleeble热模拟工艺示意图 表2高温塑性温度区间 Fig.I Schematic diagram of Gleeble them al simulation processing Table 2 High-temperature pastic temperature range ℃ 钢种 凝固脆性区 高塑性区 低温脆性区 2实验结果与讨论 SS400 T-1350 1350-825 825-730 2.1钢的热塑性及高温强度 Q235B Tm-1310 1310-840 840-775 断面收缩率（乎及强度（σ是表征钢的力学性 Q345B Tm-1325 1325-850 850-725 能优劣的两个重要指标，热塑性曲线（亚T)及热强 图3为不同实验温度下钢抗拉强度的变化曲 度曲线（σ，一T)是钢的高温力学性能的特征曲线. 线.由图可知：1300℃以上，试样所能承受的抗拉强 实验所测特征曲线如图2和图3所示. 度较低，1350℃时SS400和Q235B的.分别为 100 17.5和16.2MPa,1400℃时Q345B试样的，为 20.85MPa随着测试温度的降低，试样的抗拉强度 逐渐上升，小于700℃时急剧增大：在大部分测试温 度下，Q345B试样的o都高于SS400和Q235B,尤 其低温下更为明显，如600℃时Q345B的o,为 20 -+■-SS400+-Q235B◆-Q345B 2629MPa,而Q235B的为192.2MPa. 900 700 900110013001500 2.2钢的裂纹敏感性分析 T7℃ 凝固脆性温度区间是内裂的敏感区域，而纵裂 图2不同温度下钢的断面收缩率 纹起源于皮下的内裂纹.零强度温度(ZST)与零塑 Fig 2 Reduction of ara (of steel at different temperatures 性温度(ZDT)是反映这一区间内裂敏感性的重要参 由图2可知：如以平60%作为脆性判断区 数.ZST表征在固液界面刚凝固的金属开始具有抵 域，则从熔点(Tm)到600℃范围存在Tm~1310℃ 抗外力作用的温度：而ZDT表征己凝固的金属开始 和850~725℃两个脆性温度区.在1400~1310℃ 具有抵抗塑性变形能力的温度冈.在△T=ZST一 时SS400试样塑性高于其他两个钢号的试样， ZDT区间内钢虽有一定的强度，但无塑性变形能 Q235B试样的塑性最低，1350℃时Ψ值只有 力，△T越大，在这段温度范围内由外力作用形成裂 L.4%,而SS400试样的平值此时在60%以上，塑 纹的机率就越大.但是，ZST和ZDT直接测定非常 性较好.在850~725℃温度区，Q345B的塑性凹槽 困难，一般采用亚T和o,一T曲线外推法确定.本 较宽，且较深（图2），裂纹敏感性高于其他钢号：钢 实验所测抗拉强度曲线1000℃以后非常平缓，外推 的塑性最低点都处于800℃.在800Q时Q235B塑 后的ZST甚至超过液相线温度.文献3到指出ZST温 3 min, 以均匀成分和温度, 促进析出物的溶解, 然 后以 3 ℃·s -1的冷却速率加热或冷却至实验温度, 保温 30 s 后以 1.0 ×10 -3 s -1的应变速率进行拉伸 实验( 图 1) .试样拉断后, 迅速喷水冷却以保留高温 下断口形貌和金相特征.试样冷却后, 计算出其断 面收缩率( Χ, %) 和强度( σb, N·mm -2 ) , 采用扫描 电镜直接对断口形貌进行观察, 断口磨平抛光后用 4 %硝酸酒精溶液侵蚀观察金相组织. 图 1 Gleeble 热模拟工艺示意图 Fig.1 Schemati c diagram of Gleeble therm al simulation processing 2 实验结果与讨论 2.1 钢的热塑性及高温强度 断面收缩率( Χ) 及强度( σb) 是表征钢的力学性 能优劣的两个重要指标, 热塑性曲线( Χ-T ) 及热强 度曲线( σb-T) 是钢的高温力学性能的特征曲线 . 实验所测特征曲线如图 2 和图 3 所示. 图 2 不同温度下钢的断面收缩率 Fig.2 Reduction of area ( Χ) of steel at diff erent temperatu res 由图 2 可知:如以 Χ<60 %作为脆性判断区 域, 则从熔点( T m) 到 600 ℃范围存在T m ～ 1 310 ℃ 和 850 ～ 725 ℃两个脆性温度区 .在1 400 ～ 1 310 ℃ 时 SS400 试样塑性 高于其他两个钢号的试样, Q235B 试样 的塑性最低, 1 350 ℃时 Χ值只 有 1.4 %, 而 SS400 试样的 Χ值此时在 60 %以上, 塑 性较好.在850 ～ 725 ℃温度区, Q345B 的塑性凹槽 较宽, 且较深( 图 2) , 裂纹敏感性高于其他钢号 ;钢 的塑性最低点都处于 800 ℃.在 800 ℃时 Q235B 塑 性高于 SS400 和 Q345B .在1 350 ～ 825 ℃及700 ℃ 以下温度区间试样呈现出良好的塑性, 断面收缩率 在 60 %以上 .表 2 是以 Χ<60 %为脆性判断区域 的三个钢号试样的高温塑性温度区间 . 图3 不同温度下钢的强度极限 Fig.3 Tensile strength of st eels at different t emperatures 表 2 高温塑性温度区间 Table 2 High-temperature plastic t emperature range ℃ 钢种 凝固脆性区 高塑性区 低温脆性区 S S400 T m ～ 1350 1 350 ～ 825 825 ～ 730 Q235B Tm ～ 1 310 1 310 ～ 840 840 ～ 775 Q345B Tm ～ 1 325 1 325 ～ 850 850 ～ 725 图 3 为不同实验温度下钢抗拉强度的变化曲 线 .由图可知 :1300 ℃以上, 试样所能承受的抗拉强 度较低, 1 350 ℃时 SS400 和 Q235B 的 σb 分别为 17.5 和 16.2 M Pa, 1 400 ℃时 Q345B 试样的 σb 为 20.85 MPa;随着测试温度的降低, 试样的抗拉强度 逐渐上升, 小于 700 ℃时急剧增大;在大部分测试温 度下, Q345B 试样的 σb 都高于 SS400 和 Q235B, 尤 其低温下更为明显, 如 600 ℃时 Q345B 的 σb 为 262.9 MPa, 而 Q235B 的 σb 为 192.2 MPa . 2.2 钢的裂纹敏感性分析 凝固脆性温度区间是内裂的敏感区域, 而纵裂 纹起源于皮下的内裂纹 .零强度温度( ZST) 与零塑 性温度(ZDT) 是反映这一区间内裂敏感性的重要参 数 .ZST 表征在固液界面刚凝固的金属开始具有抵 抗外力作用的温度 ;而 ZDT 表征已凝固的金属开始 具有抵抗塑性变形能力的温度 [ 2] .在 ΔT =ZST - ZDT 区间内钢虽有一定的强度, 但无塑性变形能 力, ΔT 越大, 在这段温度范围内由外力作用形成裂 纹的机率就越大.但是, ZST 和 ZDT 直接测定非常 困难, 一般采用 Χ-T 和 σb-T 曲线外推法确定 .本 实验所测抗拉强度曲线 1 000 ℃以后非常平缓, 外推 后的 ZS T 甚至超过液相线温度.文献[ 3] 指出 ZST 第 6 期 孙彦辉等:中碳钢高温力学和冶金行为 · 709 ·