第9期 王立军等：回火温度对1500MP级直接淬火钢组织与性能的影响 1151° 传统超高强钢如A410.HY180和AeMe100 等，合金含量高治炼加工困难，工艺复杂，不利 10 于工业实施.低合金超高强钢300M4340?)含有 4 质量分数约为1.8%的N成本昂贵，囿于大规模产 35 42 35 业化的应用.近年来，方鸿生等推出的 120 1500MP级02C-2Mn-1S:05C空冷无碳化物 图1拉伸试样尺寸（单位：mm四） 贝氏体马氏体复相钢，范长刚等四在4340基础上 Fg 1 Dm ension of tensile sample(unit mm) 推出的2200MP级高碳低合金超高强钢，以及王六 定等和高宽等最新开发出的SMm-NC系 溶液电解浸蚀去应力后，用D5000X射线衍射仪 (XRD测量残余奥氏体(Ar的体积分数.XRD测 1400MP级钢均采用锻压成型工艺，工艺控制较为 定的衍射图谱如图2所示.残余奥氏体的体积分数 复杂，难以与采用轧制工艺生产的治金企业需求相 V按下式计算： 匹配 为此，笔者设计了一种经济型低合金超高强钢， y兴 (1) 采用控轧十直接淬火十回火工艺路线，研究不同回 式中，为面心立方相奥氏体Y在{200、{220}和 火温度对组织和力学性能的影响. {311}晶面衍射峰的平均积分强度，I为体心立方 1实验材料及方法 相α（包括马氏体、铁素体和贝氏体）在{211}晶面 衍射峰的积分强度. 实验钢由50k堕空感应炉冶炼，真空浇铸.其 2100 合金质量分数为：C024%,Si1.8%,Mn1.5%, 1800F Cr1.0%,Ni0.7%,Mo0.35%Nb0.05%,V 1500 0.04%,Ti0.017%.将钢锭锻成9090mm以 (200y 120mm的钢坯，把钢坯在1230℃加热后采用两阶 段控轧，轧成12m厚的钢板.再结晶温度区终轧 (211)u 600 温度高于1000℃中间坯待温，非再结晶区开轧温 300 311Y 度为950℃，各温区累积压下量大于60%，终轧温度 220 为850℃控轧后以直接淬火工艺进行冷却，而后对 60 8 100 钢板分别在200.250300.350.400和600℃回火 20） 30 min 图2实验钢的XRD图谱 拉伸试验在CMT-4105型万能试验机上进行， F 2 XRD spectrum of the tested steel 依据国标GB/T228-2002试样标距取30四如 图1所示.冲击试验在B-30B型冲击试验机上按 2实验结果及分析 GB/T229-1994进行，采用夏比V形缺口试样，试 2.1回火温度对力学性能的影响 样规格为10mm×10mm×55mn四试验温度为 图3和图4给出了经不同温度回火30m后实 一20℃.扫描电镜(SM)观察用试样经机械研 验钢的力学性能.从图3中可以看出，抗拉强度随 磨、抛光后选用4%硝酸一乙醇溶液浸蚀.在IE0 回火温度的升高不断降低，直接淬火态钢板抗拉强 1450型扫描电镜上观察组织.透射电镜(TEMW试 度为1890MP9经600℃回火30m后，强度下降为 样采用双喷电解减薄，电解液采用9%高氯酸-乙 1530MP?屈服强度随回火温度升高先逐渐升高后 醇溶液，双喷电压为15~20V温度为一20℃.在 下降，直接淬火态钢板屈服强度为1280MP经 M2000FX分析型透射电镜上观察精细组织形 350℃▣火后出现峰值1370MPa600℃回火后急剧 貌.对第2相析出粒子采用萃取碳复型技术制备 降低为1070MP?延伸率和一40℃冲击功均呈现 样品，在M-2010型高分辨TEM上进行观察和 随回火温度先升高、后降低、再升高的变化趋势.直 能谱分析. 接淬火态延伸率为13.0%，经250℃▣火后，延伸率 分别从淬火态和250℃回火后的钢板取 升高为14.8%，400℃▣火后最低为12.4%.600℃ 中15mm<10mm试样，经研磨、抛光及10%的草酸 回火后最高，达到16.3%：直接淬火态钢板的第 9期 王立军等 :回火温度对 1 500MPa级直接淬火钢组织与性能的影响 传统超高强钢如 AF1410、HY180和 AerMet100 等 [ 3--6] ,合金含量高,冶炼加工困难 ,工艺复杂, 不利 于工业实施.低合金超高强钢 300 M、4 340 [ 7--9] 含有 质量分数约为 1.8%的 Ni,成本昂贵 ,囿于大规模产 业化 的 应 用 .近 年 来 , 方 鸿 生 等 [ 10--11] 推 出 的 1 500MPa级 0.2C--2Mn--1Si--0.5Cr空冷无碳化物 贝氏体 /马氏体复相钢 ,范长刚等 [ 12] 在 4340基础上 推出的 2 200 MPa级高碳低合金超高强钢 ,以及王六 定等 [ 13] 和高宽等 [ 14] 最新开发出的 Si--Mn--Ni--Cr系 1 400MPa级钢均采用锻压成型工艺, 工艺控制较为 复杂, 难以与采用轧制工艺生产的冶金企业需求相 匹配. 为此,笔者设计了一种经济型低合金超高强钢 , 采用控轧 +直接淬火 +回火工艺路线, 研究不同回 火温度对组织和力学性能的影响. 1 实验材料及方法 实验钢由 50 kg真空感应炉冶炼 ,真空浇铸.其 合金质量分数为 :C0.24 %, Si1.8 %, Mn1.5 %, Cr1.0 %, Ni0.7 %, Mo0.35 %, Nb0.05 %, V 0.04 %, Ti0.017 %.将钢锭锻成 90 mm×90 mm× 120mm的钢坯, 把钢坯在 1 230 ℃加热后采用两阶 段控轧 ,轧成 12 mm厚的钢板.再结晶温度区终轧 温度高于 1 000 ℃, 中间坯待温 ,非再结晶区开轧温 度为 950℃,各温区累积压下量大于 60%,终轧温度 为 850 ℃,控轧后以直接淬火工艺进行冷却 ,而后对 钢板分别在 200、250、 300、 350、 400 和 600 ℃回火 30 min. 拉伸试验在 CMT--4105型万能试验机上进行 , 依据国标 GB/T228— 2002, 试样标距取 30 mm, 如 图 1所示 .冲击试验在 JB--30B型冲击试验机上按 GB/T229— 1994进行 , 采用夏比 V形缺口试样, 试 样规格为 10 mm×10 mm×55 mm, 试验温度为 -20 ℃.扫描电镜 (SEM)观察用试样经机械研 磨 、抛光后选用 4%硝酸 --乙醇溶液浸蚀 .在 LEO-- 1450型扫描电镜上观察组织 .透射电镜 (TEM)试 样采用双喷电解减薄 , 电解液采用 9%高氯酸 --乙 醇溶液 ,双喷电压为 15 ～ 20 V, 温度为 -20 ℃.在 JEM--2000FX分析型透射电镜上观察精细组织形 貌 .对第 2相析出粒子采用萃取碳复型技术制备 样品 ,在 JEM--2010 型高分辨 TEM上进行观察和 能谱分析. 分别 从淬 火 态和 250 ℃回 火 后的 钢 板取 15mm×10 mm试样, 经研磨、抛光及 10%的草酸 图 1 拉伸试样尺寸(单位:mm) Fig.1 Dimensionoftensilesample(unit:mm) 溶液电解浸蚀去应力后 , 用 D5000 X射线衍射仪 (XRD)测量残余奥氏体 (Ar)的体积分数 .XRD测 定的衍射图谱如图 2所示.残余奥氏体的体积分数 Vγ按下式计算 [ 15] : Vγ = 1.4Iγ Iα +Iγ (1) 式中 , Iγ为面心立方相奥氏体 γ在 {200}、{220}和 {311}晶面衍射峰的平均积分强度, Iα 为体心立方 相 α(包括马氏体、铁素体和贝氏体 )在 {211}晶面 衍射峰的积分强度 . 图 2 实验钢的 XRD图谱 Fig.2 XRDspectrumofthetestedsteel 2 实验结果及分析 2.1 回火温度对力学性能的影响 图 3和图 4给出了经不同温度回火 30min后实 验钢的力学性能 .从图 3中可以看出, 抗拉强度随 回火温度的升高不断降低, 直接淬火态钢板抗拉强 度为 1 890MPa,经 600℃回火 30min后 ,强度下降为 1 530 MPa;屈服强度随回火温度升高先逐渐升高后 下降 , 直接淬火态钢板屈服强度为 1 280 MPa, 经 350 ℃回火后出现峰值 1 370 MPa, 600℃回火后急剧 降低为 1 070 MPa.延伸率和 -40 ℃冲击功均呈现 随回火温度先升高 、后降低、再升高的变化趋势 .直 接淬火态延伸率为 13.0%,经 250 ℃回火后 ,延伸率 升高为 14.8%, 400℃回火后最低,为 12.4%, 600℃ 回火后最 高, 达到 16.3%;直接淬 火态钢板 的 · 1151·