D01:10.13374/i.issn1001-053x.2002.02.030 第24卷第2期 北京科技大学学报 Vol.24 No.2 2002年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2002 Q235碳素钢超细铁素体在奥氏体内的形核 杨平)张栋华》孙祖庆2) 1)北京科技大学材料科学与T程学院，北京1000832H北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要利用扫描电镜观察了Q235碳素钢形变强化相变过程中超细铁素体在奥氏体内部的 形核：使用背散射电子衍射(EBSD)技术分析了析出的铁素体取向.结果表明.随内，外界条件 不同，奥氏体内有两类典型的铁素体形核地点：形变带及奥氏体晶界附近的形变不均匀区.原 始奥氏体晶粒尺寸的增加，形变温度的降低有利于铁素体的形变带形核.在AA的超细铁素 体最佳形成温度区间，靠近A形变可使铁素体及第2组织均匀分布，形变带形核造成带状分布 的铁素体及第2相，不仅形貌上出现方向性，铁素体取向也出现择优 关键词碳素钢；形变强化相变；超细铁素体；形核：背散射电子衍射(EB$D) 分类号TG142.11 本文在前期"四工作的基础上对热模拟单向 在A以上变形.热膨胀法测出以5℃·s加热及 压缩样的侧面和压缩面进行了进一步观察，力 冷却时的A点及A点分别为870和780℃，由此 图总结出铁素体的基本形成规律.为简化起见， 估算A,约为(870℃+780℃)/2=825℃.不同奥氏 本文对奥氏体内的带状形变不均匀区（如形变 体晶粒尺寸是通过不同加热温度来调整的.用 带、切变带、过渡带等)统称为形变带 Gleeble1500热模拟机进行单向热压缩形变试 Hodgson等强调，为消除奥氏体晶界形核， 验.样品尺寸为8mm×15mm.所有样品形变后 应使奥氏体晶粒尺寸尽量大.清楚了解铁素体 立即淬火以固定高温组织.形变时尽管采用了 的形核特点要求知道奥氏体的形变行为. 石墨垫以提高样品与压头间的润滑效果，但高 Ohtsuka等侧研究含镍奥氏体钢及微合金化钢中 应变速率下其效果甚微，形变后试样为鼓形.这 奥氏体的形变时观察到微形变带、过渡带和奥 时，试样中心的应变量高于平均值.从侧面和压 氏体晶界附近3类不均匀区.粗晶奥氏体形变 缩面2个方向观察组织结构.背散射电子衍射 时内部会产生大量的微形变带/过渡带，细晶奥 (EBSD)取向分析用HKL公司的Channel4系统 氏体形变时则在奥氏体晶界周围形成较多的形 完成 变不均匀区.Hurley等通过对比同等形变条件 下的奥氏体钢中的形变组织与低碳钢的应变诱 2结果及分析 ·导相变，认为铁素体的形核地点是形变奥氏体 2.1奥氏体内部铁素体形核地点的类型 内的位错胞界，即小角晶界. 试验观察到，在无应力或微小应变作用下， ~1.试验方法 奥氏体晶界形成的铁素体是单层的；换句话说， 若晶界铁素体是多层的，则说明在晶界形核的 原材料为工业用普碳钢Q235连铸方坯（截 基础上，发生了晶内形核.图1给出形变强化相 面120mm×120mm).成分为C0.16%,Si0.20%, 变过程中的2类典型形核地点，即粗晶奥氏体 Mn0.61%,S0.023%,P0.019%,00.019%和N 中的形变带及细晶奥氏体晶界形成的铁素体周 0.0045%(质量分数).通过锻造及正火使原始组 围.图1(a)为Q235钢1100℃加热（粗晶奥氏体 织尽可能均匀.为正确选择处理参数并比较应 约78m),以15℃·s冷至760℃变形0.5后的 变加速转变的效果，用热膨胀仪DT1000测出该 淬火组织.此时，奥氏体晶粒已被压扁，除晶界 钢900℃加热后不同冷速T的相变点4，以保证 单层的铁素体外，成串分布的铁素体处在奥氏 收稿日期2001-12-30杨平男，4岁，副教授 体晶粒中心，与压缩轴呈一定角度.形变带形成 大国家重点基础研究课题“新一代钢铁料的重大基础研究” 的铁素体在初期均是直的和单层的.图1(b)为 (973)0No.G1998061506)及国家教有部“高等学校骨千教师资助 900℃加热（细晶奥氏体约30m),以15℃·s冷 计划'的资助第 2 4 卷 第 2 期 2 00 2 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n vi e r s iyt o f S e ci n e e a n d Te c h n o l o yg B e ij in g 、 b l . 2 4 N 0 . 2 A P L 2 0 0 2 Q 2 3 5 碳素钢超细铁素体在奥氏体 内的形核 杨 平 ` , 张栋华 ” 孙祖庆 ” 1 )北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 0 83 2 日匕京科技大学新金属材料国家重点实验室 ,北京 10 0 0 8 3 摘 要 利 用扫描 电镜观察 了 Q 235 碳素钢 形变强 化相 变过程 中超细铁素体在奥 氏体内部的 形核 ; 使用背 散射 电子衍射 ( E B SD )技术 分析 了析 出的铁 素体取 向 . 结 果表 明 , 随 内 、 外界 条件 不 同 , 奥 氏体 内有 两类典 型的铁素体形 核地点 : 形变 带及 奥氏体 晶界 附近的形 变不均 匀 区 . 原 始奥 氏体晶粒 尺寸 的增 加 , 形变 温度 的降低有 利于铁素体的形变带 形核 . 在儿书 。 的超细铁 素 体最佳形 成温度 区 间 , 靠近A 3形变 可使铁 素体及 第 2 组织 均匀 分布 . 形 变带形 核造成 带状分布 的铁 素体及第 2 相 , 不 仅形貌 上 出现 方 向性 , 铁 素体 取 向也 出现 择优 . 关键词 碳 素钢 ; 形 变强化 相变 ; 超细铁 素体; 形核 ; 背 散射 电子衍射( E B SD ) 分类号 T G 14 2 . 1 1 本文在前期 ` .l2] 工 作的基础 上对热模拟单 向 压缩样 的 侧面 和压缩 面进行 了进一 步观察 , 力 图 总结 出铁素体 的基本形成规律 . 为简化起见 , 本文对奥氏 体内的带状形变不 均匀 区 ( 如形变 带 、 切变带 、 过渡带等 )统称为形变带 . H o d gs o n 等强调 `3] , 为消除奥氏体 晶界形核 , 应使奥 氏体 晶粒尺 寸尽量大 . 清楚 了解铁 素体 的 形 核 特 点 要 求 知 道 奥 氏 体 的 形 变 行 为 . o ht s u k a 等 4[] 研究含镍奥氏体钢及微合金化钢中 奥 氏体 的形变时观察到微形变带 、 过 渡带和 奥 氏体 晶界 附近 3 类不 均匀 区 . 粗 晶奥 氏体 形变 时 内部会产生大量 的微形变带/过渡带 , 细晶奥 氏体形 变时则在奥 氏体晶界周 围形成较多的形 变不 均匀 区 . H ur ley 等通过对 比 同等形变条件 下 的奥氏体钢中的形变组织与低碳钢的应 变诱 导相变 , 认为铁素体 的形核地点是形变奥 氏体 内的位错胞界 `5 , , 即小角 晶界 . 禾 、 、 试验方法 原材料 为工业用 普碳钢 Q2 35 连铸方坯 (截 面 12 0 un x 120 mrn ) . 成分 为 C 0 . 16% , 5 1 0 . 2 0% , M n 0 . 6 1 % , S 公 . 02 3% , P 0 . 0 1 9% , 0 0 . 0 19 % 和 N .0 0 45 % (质量分数 ) . 通过锻造及 正火使原始组 织尽可能均匀 . 万企确选择处理参数并 比较应 变加速转变的效果 , 用热膨胀仪 D lT o 0 测 出该 钢 9 0 ℃加热后不 同冷速T 的相变点A 。 , 以保证 收稿日期 2 0 0卜 12习 0 杨平 男 , 4 “ 岁 , 斟教 授 * 国家重 点基础研 究课题 “ 新 一代钢 铁袱料的重 大基础 研究 ” ( 97 3 )(N 。 . 0 1 99 5 0 6 一5 0 6 )及 国家 教育 部 ` 高辞校骨干教师 资助 计划 ’ 的 资助 在法 3以 上变形 `, ] . 热膨胀法测 出 以 5℃ · s 一 ’ 加热及 冷却时的cA 3点及 A 。 点分别为 870 和 7 80 ℃ , 由此 估算A 3约为 ( 8 70 ℃+ 7 80 ℃ )/ 2 二 8 25 ℃ . 不 同奥 氏 体 晶粒尺 寸是通过不 同加热温度来 调整 的 . 用 G le eb l e 150 0 热模 拟机进 行单 向热压 缩形 变试 验 . 样品 尺 寸为 帕 m m xl s ~ . 所有样 品形变后 立即 淬火以 固定高温组织 . 形 变时尽管采用 了 石墨 垫以 提高样品 与压头 间 的润滑效果 , 但高 应变速率下其效果甚微 , 形变后试样为鼓形 . 这 时 , 试样中心 的应变量高于平均值 . 从侧面 和 压 缩 面 2 个方 向观察组 织结 构 . 背散射 电子衍 射 ( E B S D )取 向分析用 H K L 公 司 的 hC an el 4 系统 完成 . 2 结果及分析 2 . 1 奥氏体内部铁素体形核地点的类型 试验观察到 , 在无应力 或微小应变作用 下 , 奥 氏体晶界形成 的铁素体是单层的 ;换句话说 , 若 晶界铁素体是多层 的 , 则说 明在 晶界形核 的 基础上 , 发生 了 晶内形核 . 图 1 给出形变强 化相 变过程 中的 2 类典型 形核地点 , 即粗 晶奥 氏体 中的形 变带及细晶奥氏体晶界形成的铁 素体周 围 . 图 1 ( a ) 为 Q 2 3 5 钢 1 10 0℃ 加热 (粗晶奥 氏体 约 7 8 卿 ) , 以 15 ℃ · s 一 ,冷 至 7 60 ℃ 变形 .0 5 后 的 淬火组织 . 此 时 , 奥 氏体 晶粒 已 被压扁 , 除 晶界 单层 的铁素体外 , 成串分布的铁素体处在奥 氏 体晶粒 中心 , 与压缩轴呈 一定角度 . 形变带形成 的铁素体在初期均是直 的和单层 的 . 图 1 b( )为 9 0 0℃ 加热 (细 晶奥 氏体约 30 脚 ) , 以 巧 ℃ s 一 ’ 冷 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 02. 030