第5期 钱亚军等：热处理对1000MPa级工程机械结构用钢组织和性能的影响 603 保持被钉扎状态（图5(9）.450℃回火时，它们将 到1160MPa屈服强度也达845MPa然而，相变位 继续析出，对位错的钉扎作用加强，因此两种工艺条 错比较平直且大部分没有被析出物钉扎，在回火过 件下屈服强度均出现了第1个峰值.随后，屈服强 程中容易消失和重新排列，因此造成了500℃以 度有所下降主要是由于e-C粒子开始粗化，沉淀 下回火时抗拉强度迅速下降.由于e-C等粒子优 密度数减少，对位错钉扎作用减弱造成的山.工艺 先在位错线上析出，马氏体板条的高位错密度提供 2由于轧后直接淬火发生马氏体相变，产生了大量 了更多的沉淀形核位置，从而导致ε-C等粒子析 的相变位错，并且由于冷却速率较快，位错回复程度 出更细小，分布更均匀，强化效果更好，屈服强度 低，密度更高，因此钢的轧态强度很高，抗拉强度达 明显高于工艺1（图6（马） .20011 N6fCN一 0.5m 0.5um 05m 图5工艺2热处理前后析出物形貌.（轧态：(550℃回火：(9650℃回火 Fig 5 Moiphokgies of precpitates n Process2 bepre and after heat treament a hotrolled smte (b)tmpered at550C;(c tmpered at 650℃ 200um 2004m 200m 图6工艺2回火过程中位错与析出物的相互作用.（两450℃回火：(550℃回火(9650℃回火 Fig 6 Inerac tin beween prec pintes and disbcation newos n he tmperng poocess of Process2 (a)mpered at 450C:(b tmpered at 550℃：(9 mpered at660℃ 工艺1条件下，由于钢板弛豫后控冷过程中位 当回火温度大于600℃高温回火时，析出物开 错多被钉扎，并且在随后不同温度回火过程中，将会 始相互吞并粗化，对位错的钉扎作用减小，对变形奥 有进一步析出(NbMO和V等，两种工艺下的二次 氏体回复过程的阻碍作用减弱.同时位错可动性大 强度峰值也是由这些合金元素的析出所产生的，同 大增强，密度下降造成基体软化，强度很快下降，塑 时也造成了塑性和韧性相应降低（图5(9、 性和韧性提高.综合看来，在工艺2条件下，钢的力 图6(9))，造成新的硬化现象，这时原来被析出钉 学性能较为优秀，在强度大幅度提高的情况下，塑性 轧的位错不能回复消失，因此回火过程中组织稳定 和韧性并没有大幅度下降. 性较好1，这也是在500~600℃时抗拉强度变化 4结语 较为平稳的原因.同时由于工艺1细化了基体组 织，NbM和V等合金元素的形核位置多、扩散距 (1)实验钢种碳含量和合金元素含量在同类钢 离短，因此屈服强度达到二次峰值时的温度比工艺 中相对较低，在保证满足性能要求的同时，也提高了 2低.工艺1条件下冲击性能随强度的提高，下降较 钢的焊接性能.回火过程中微合金元素以及C!Mo 多，但总体上一直高于工艺2这是由于工艺1条件 的大量析出对强度的提升作用明显，尤其对是屈服 下位错多被稳定钉扎，可动性变差所致，但亚晶内的 强度的影响，550~600℃回火时，屈服强度上升了 贝氏体板条束间取向差异大，对微裂纹的扩展起了 190~250MP?与此同时，抗拉强度下降较少. 一定的阻碍作用，提高了钢的韧性 (2)热处理前的组织准备对热处理后钢的综合第 5期 钱亚军等:热处理对 1 000MPa级工程机械结构用钢组织和性能的影响 保持被钉扎状态 (图 5( a) ) .450 ℃回火时, 它们将 继续析出, 对位错的钉扎作用加强, 因此两种工艺条 件下屈服强度均出现了第 1 个峰值.随后, 屈服强 度有所下降主要是由于 ε--Cu粒子开始粗化, 沉淀 密度数减少, 对位错钉扎作用减弱造成的 [ 11] .工艺 2由于轧后直接淬火发生马氏体相变, 产生了大量 的相变位错, 并且由于冷却速率较快, 位错回复程度 低, 密度更高, 因此钢的轧态强度很高, 抗拉强度达 到 1 160 MPa, 屈服强度也达 845 MPa.然而, 相变位 错比较平直且大部分没有被析出物钉扎, 在回火过 程中容易消失和重新排列 [ 12] , 因此造成了 500 ℃以 下回火时抗拉强度迅速下降 .由于 ε--Cu等粒子优 先在位错线上析出, 马氏体板条的高位错密度提供 了更多的沉淀形核位置, 从而导致 ε--Cu等粒子析 出更细小, 分布更均匀, 强化效果更好 [ 13] , 屈服强度 明显高于工艺 1(图 6( a) ) . 图 5 工艺 2热处理前后析出物形貌.( a) 轧态;( b) 550℃回火;(c) 650℃回火 Fig.5 MorphologiesofprecipitatesinProcess2 beforeandafterheattreatment:( a) hot-rolledstate;( b) temperedat550℃;( c) temperedat 650℃ 图 6 工艺 2回火过程中位错与析出物的相互作用.( a) 450℃回火;( b) 550℃回火;( c) 650℃回火 Fig.6 InteractionbetweenprecipitatesanddislocationnetworksinthetemperingprocessofProcess2:( a) temperedat450℃;( b) temperedat 550℃;( c) temperedat650℃ 工艺 1条件下, 由于钢板弛豫后控冷过程中位 错多被钉扎, 并且在随后不同温度回火过程中, 将会 有进一步析出 ( Nb、Mo和 V等, 两种工艺下的二次 强度峰值也是由这些合金元素的析出所产生的, 同 时也造 成了 塑性 和韧 性相 应降 低 ( 图 5 ( c) 、 图 6( c) ) ), 造成新的硬化现象, 这时原来被析出钉 轧的位错不能回复消失, 因此回火过程中组织稳定 性较好 [ 12] , 这也是在 500 ～ 600 ℃时抗拉强度变化 较为平稳的原因.同时由于工艺 1 细化了基体组 织, Nb、Mo和 V等合金元素的形核位置多 、扩散距 离短, 因此屈服强度达到二次峰值时的温度比工艺 2低 .工艺 1条件下冲击性能随强度的提高, 下降较 多, 但总体上一直高于工艺 2.这是由于工艺 1条件 下位错多被稳定钉扎, 可动性变差所致, 但亚晶内的 贝氏体板条束间取向差异大, 对微裂纹的扩展起了 一定的阻碍作用, 提高了钢的韧性. 当回火温度大于 600 ℃高温回火时, 析出物开 始相互吞并粗化, 对位错的钉扎作用减小, 对变形奥 氏体回复过程的阻碍作用减弱.同时位错可动性大 大增强, 密度下降造成基体软化, 强度很快下降, 塑 性和韧性提高 .综合看来, 在工艺 2条件下, 钢的力 学性能较为优秀, 在强度大幅度提高的情况下, 塑性 和韧性并没有大幅度下降. 4 结语 ( 1) 实验钢种碳含量和合金元素含量在同类钢 中相对较低, 在保证满足性能要求的同时, 也提高了 钢的焊接性能 .回火过程中微合金元素以及 Cu、Mo 的大量析出对强度的提升作用明显, 尤其对是屈服 强度的影响, 550 ～ 600 ℃回火时, 屈服强度上升了 190 ～ 250 MPa, 与此同时, 抗拉强度下降较少 . ( 2) 热处理前的组织准备对热处理后钢的综合 · 603·