第2期 赵艳君等：高强高韧低合金锰钢的研制 ·199 2.3.2回火温度对力学性能的影响 ℃时随回火温度升高而大幅度下降；屈服强度的 经900℃加热淬火后在不同温度下回火 总体变化趋势也是先升高再降低，但变化幅度较 120mn20sMn3NA钢的力学性能随回火温度 小.从图5(b)可以看出：在低温回火温度范围 的升高所发生的变化如图5所示，由图5(a)可 内，冲击韧性先升高后降低，在230℃时冲击韧 见，回火时硬度变化的趋势为：硬度先基本持平， 性达到峰值，为90.6J在250~320℃韧性急速 然后略有升高，随后随着回火温度的升高，钢的 下降，下降了57.4J在320℃时冲击韧性只有 硬度不断下降，特别是回火温度在400℃以上 23J表明发生了低温回火脆性，钢在320~600 时，由于e碳化物转变为渗碳体，共格关系破坏 ℃回火时，冲击韧性很低，产生了高温回火脆性， 以及渗碳体的聚集长大而使钢的硬度呈直线下 当回火温度继续上升至650℃时，冲击韧性大幅 降.由图5(a)还可发现：钢的抗拉强度随回火温 度上升，韧性值为75J断裂方式又开始转变为韧 度的升高而逐渐升高，在230℃时达到一个最大 性断裂，钢的延伸率和断面收缩率随回火温度变 值，然后随着温度的升高而缓慢降低，当大于320 化的幅度都不大 1800 10 a (b) 90 1600 40 1400 30 60 1200F 50= 20 40 1000 --R 800 一·-HRC 0 20 30 60 100200300400500600 100200300400500600 70 回火温度℃ 回火温度℃ 图5回火温度对20SM3NA钢力学性能的影响，(a)强度和硬度；(b)塑性和冲击韧性 Fig 5 Effect of tempering tmperature on the mechanical pmperties of 20SMn3NiA steel (a)strength and hariness (b)plasticity and impact toughness 经900℃淬火、保温40mm油冷处理后，在 因此20sMn3NA钢在230℃回火时通过马氏体相 180~230℃间回火并保温120min20sMn3NA钢 变和回火过程中马氏体板条内析出的飞碳化物及 具有高位错密度的板条马氏体组织，所获得的最好 板条间的残余奥氏体共同达到所需的强韧性配合， 力学性能为抗拉强度1595MPa延伸率14.55%，V 由于20SMn3NA钢中含有SiMn合金元素， 形缺口冲击韧性88.7J具有较高的强韧性匹配、 低温回火脆化温度提高到300~320℃，此外，由于 图6伪230℃回火120m的板条马氏体形貌，由 含有N和较高的Mn该钢的高温回火脆性也比较 图6(b)可知，在230℃回火时，马氏体板条内仍然 显著，20SMn3NiA钢中含有的NiMn等合金元素 还有位错，且板条间的残余奥氏体也没有完全分解， 不但促进杂质元素向晶界偏聚，而且本身也向晶界 (a b I um 150nm 图620SMn3NA钢230℃回火120mn的TEM组织.(a)板条马氏体及析出的e碳化物：(b)马氏体板条间的残余奥氏体 Fig 6 TEM m icmstnictures of 20SMn3N A steel after mpering at 230C for 120m (a)lath martensite and precipitated ecabide (b)mar lensite nter-lath metained austen ite第 2期 赵艳君等： 高强高韧低合金锰钢的研制 2∙3∙2 回火温度对力学性能的影响 经 900℃ 加 热 淬 火 后 在 不 同 温 度 下 回 火 120ｍｉｎ‚20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢的力学性能随回火温度 的升高所发生的变化如图 5所示．由图 5（ａ）可 见‚回火时硬度变化的趋势为：硬度先基本持平‚ 然后略有升高‚随后随着回火温度的升高‚钢的 硬度不断下降‚特别是回火温度在 400℃以上 时‚由于 ε--碳化物转变为渗碳体‚共格关系破坏 以及渗碳体的聚集长大而使钢的硬度呈直线下 降．由图 5（ａ）还可发现：钢的抗拉强度随回火温 度的升高而逐渐升高‚在 230℃时达到一个最大 值‚然后随着温度的升高而缓慢降低‚当大于 320 ℃时随回火温度升高而大幅度下降；屈服强度的 总体变化趋势也是先升高再降低‚但变化幅度较 小．从图 5（ｂ）可以看出：在低温回火温度范围 内‚冲击韧性先升高后降低‚在 230℃时冲击韧 性达到峰值‚为 90∙6Ｊ‚在 250～320℃韧性急速 下降‚下降了 57∙4Ｊ‚在 320℃时冲击韧性只有 23Ｊ‚表明发生了低温回火脆性．钢在 320～600 ℃回火时‚冲击韧性很低‚产生了高温回火脆性． 当回火温度继续上升至 650℃时‚冲击韧性大幅 度上升‚韧性值为 75Ｊ‚断裂方式又开始转变为韧 性断裂．钢的延伸率和断面收缩率随回火温度变 化的幅度都不大． 图 5 回火温度对 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢力学性能的影响．（ａ） 强度和硬度；（ｂ） 塑性和冲击韧性 Ｆｉｇ．5 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ20ＳｉＭｎ3ＮｉＡｓｔｅｅｌ：（ａ） ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓ；（ｂ） ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ 图 6 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢 230℃回火 120ｍｉｎ的 ＴＥＭ组织．（ａ） 板条马氏体及析出的 ε--碳化物；（ｂ） 马氏体板条间的残余奥氏体 Ｆｉｇ．6 ＴＥＭｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆ20ＳｉＭｎ3ＮｉＡｓｔｅｅｌａｆｔｅｒｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｔ230℃ ｆｏｒ120ｍｉｎ：（ａ） ｌａｔｈｍａｒｔｅｎｓｉｔｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄε-ｃａｒｂｉｄｅ；（ｂ） ｍａｒ- ｔｅｎｓｉｔｅｉｎｔｅｒ-ｌａｔｈｒｅｔａｉｎｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅ 经 900℃淬火、保温 40ｍｉｎ油冷处理后‚在 180～230℃间回火并保温 120ｍｉｎ‚20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢 具有高位错密度的板条马氏体组织‚所获得的最好 力学性能为抗拉强度 1595ＭＰａ‚延伸率 14∙55％‚Ｖ 形缺口冲击韧性 88∙7Ｊ‚具有较高的强韧性匹配． 图 6为230℃回火120ｍｉｎ的板条马氏体形貌．由 图 6（ｂ）可知‚在 230℃回火时‚马氏体板条内仍然 还有位错‚且板条间的残余奥氏体也没有完全分解‚ 因此 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢在 230℃回火时通过马氏体相 变和回火过程中马氏体板条内析出的 ε--碳化物及 板条间的残余奥氏体共同达到所需的强韧性配合． 由于 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢中含有 Ｓｉ、Ｍｎ合金元素‚ 低温回火脆化温度提高到 300～320℃‚此外‚由于 含有 Ｎｉ和较高的 Ｍｎ‚该钢的高温回火脆性也比较 显著．20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢中含有的 Ｎｉ、Ｍｎ等合金元素 不但促进杂质元素向晶界偏聚‚而且本身也向晶界 ·199·