D0I:10.13374/i.is8n1001053x.2001.05.014 第26卷第5期 北京科技大学学报 Vol.26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 Q235碳素钢多道次热变形中的 组织演变及性能 赵磊”郑为为杨王玥)孙祖庆) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要利用热模拟压缩变形实验研究了Q235碳素钢多道次热变形及后续处理过程的组织 演变规律，结果表明，采用高温奥氏体的形变再结晶及过冷奥氏体的形变强化相变，可以使 Q235低碳钢的铁素体晶粒细化至45m,材料的屈服强度达到400MP级，延伸率达到40%. 经适当的后续处理后，渗碳体、珠光体等第二组织弥散分布于细晶铁素体晶界上，使Q235低 碳钢在保持细晶钢原有强度级别和塑性的基础上，屈强比有效降低， 关键词碳素钢；多道次热变形；细晶铁素体；第二组织；力学性能 分类号TG142.1 低碳钢铁素体晶粒的细化己经被证实可以 数)为：C,0.16%:Si,020%:Mn,0.61%:S,0.23%: 通过形变强化相变及铁素体动态再结晶实现. P,0.019%,N,0.0045%;0,0.019%.钢坯经过 但这些研究也指出，要获得完全细晶铁素体，需 1100℃保温1h后锻造成中13mm的棒材，终锻温 要在接近1.6~2.0的大应变条件下进行，即使多道 度为850℃，再在900℃保温20min后空冷以使原 次变形也要求每道次的变形量大于50%，这在工 始组织均匀.用DT1000热膨张仪测Q235钢在连 业上是很难实现的.对形变强化相变的研究表 续冷却条件下的相变点，奥氏体化温度T= 明，较小的原始奥氏体晶粒对细小铁素体晶粒的 1050℃，保温时间5min,冷却速度V。=15℃1s,A= 获得是有利的.因此，可以将细化铁素体晶粒分 750℃，A=570℃，A=825℃. 两步来完成，即先通过高温奥氏体区的形变，利 用Gleeble1:500热模拟机进行多道次热压缩 用奥氏体的形变再结品细化奥氏体品粒，再通过 变形实验，样品为6mm×12mm及6mm×15mm, 过冷奥氏体的形变强化相变细化铁素体晶粒并 所有样品在变形后立即淬火以固定高温组织.样 结合适当的形变后热处理，使残余奥氏体转变为 品变形后为鼓形，其中心形变高于平均值，所分 需要的第二组织.这样可以将单道次变形所需的 析的组织均取自中心位置.本文所标定的形变量 大应变量分布于多道次变形的不同阶段，相对降 均为实际测定的变形量.用3%4%的硝酸酒精 低较低温度变形时的负荷，更利于在工业中实 溶液浸蚀显示压缩变形纵截面铁素体组织：用过 现，同时使其性能也能满足工业需要.为此本文 饱和苦味酸+十二烷基苯磺酸钠溶液(82℃左右) 研究了多道次变形及后续处理过程的组织演变， 热蚀观察奥氏体晶粒组织：用图像分析软件m- 探求奥氏体形变与再结晶、形变强化相变、铁素 age-Tool进行测定晶粒截径.利用扫描电镜上的 体动态再结晶及后续处理等对于最终细化铁素 EBSD装置测定多道次变形过程中铁素体晶粒的 体晶粒、优化性能的作用， 取向变化，试样经电解抛光制备而成.电解抛光 液为70%无水乙醇+20%高氯酸+10%甘油，电压 1实验材料及方法 15V,抛光时间10-15s. 实验原材料为Q235碳素钢，其成分（质量分 2实验结果与分析 收稿日期2003-11-14赵磊男，26岁，硕士研究生 21多道次热变形过程中的组织演变 *国家科技部“973”资助项目CNo.G1998061506) 为模拟热连轧工艺，采用1050℃奥氏体化，第 2 6 卷 第 5 期 2 00 4 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r . a l o f U n iv e rs i yt o f S e i e n e e a n d eT e h n o fo yg B e ij in g Vb l.2 6 N 0 . 5 o e t 2 0 0 4 Q 2 3 5 碳素钢 多道次热变形 中的 组织演变及性能 赵 磊 ` , 郑 为 为 2 , 杨 王 明 ” 孙祖庆 “ , l ) 北京 科技大 学材 料科 学与 工程 学院 , 北 京 10 0 0 83 2 ) 北京 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 热模 拟 压缩 变形 实验 研 究 了 Q2 35 碳 素钢 多道 次热 变 形及 后续 处理 过程 的组 织 演 变规 律 . 结果 表 明 , 采 用高 温奥 氏体 的 形变 再结 晶及 过冷 奥 氏 体 的形 变强 化相 变 , 可 以使 Q 2 3 5 低 碳钢 的铁 素体 晶粒细 化至 4 一 5 林m , 材 料 的屈服 强度 达到 4 0 M Pa 级 , 延伸率 达到 4 0% . 经适 当 的后 续处 理后 , 渗碳 体 、 珠 光 体等 第二 组 织弥 散分 布 于细 晶铁 素体 晶界 上 , 使 Q2 35 低 碳钢 在保 持 细 晶钢 原 有强 度级 别和 塑 性 的基 础 上 , 屈 强 比有 效 降低 . 关键 词 碳 素钢 ; 多道 次 热变 形 ; 细 晶铁素 体 ;第 二 组织 ; 力 学性 能 分类 号 T G 14 2 . 1 低 碳 钢 铁 素 体 晶粒 的细 化 己 经 被 证 实 可 以 通 过 形变 强化 相变 及铁 素 体动 态 再结 晶实现 `冈 . 但 这 些研 究 也指 出 , 要 获得 完 全 细 晶铁 素 体 , 需 要 在接 近 1 . 6一.2 0 的大 应变 条 件下 进行 , 即使 多道 次 变 形也 要求 每 道 次 的变 形量 大 于 5 0% , 这 在 工 业 上 是 很难 实现 的 . 对 形 变 强化 相 变 的研 究 表 明 , 较 小 的原始 奥 氏体 晶粒 对 细 小铁素 体 晶粒 的 获得 是 有利 的〔5] . 因此 , 可 以将 细化 铁 素体 晶粒 分 两 步来 完 成 , 即先通 过 高温 奥 氏 体 区 的形 变 , 利 用奥 氏 体 的形变 再 结 晶细化 奥 氏 体 晶粒 , 再 通 过 过冷 奥 氏体 的形 变 强 化相 变 细 化 铁 素 体 晶 粒 并 结合 适 当 的形变 后热 处理 , 使残 余 奥 氏体转 变 为 需要 的第 二 组织 . 这 样可 以将单 道 次变 形所 需 的 大应 变量 分布 于 多道 次变 形 的不 同阶 段 , 相 对 降 低较 低 温度 变形 时 的 负荷 , 更 利 于 在 工业 中实 现 , 同时使 其 性 能也 能 满足 工 业 需要 . 为 此本 文 研 究 了多道 次 变形 及后 续 处理 过程 的组织 演变 , 探 求 奥 氏 体 形变 与 再 结 晶 、 形 变 强化 相 变 、 铁 素 体 动 态 再 结 晶及 后 续 处 理 等 对 于最 终 细 化 铁 素 体 晶粒 、 优 化性 能 的 作用 . 1 实验 材 料 及方 法 实验 原 材料 为 Q2 35 碳 素钢 , 其 成 分 ( 质 量分 收稿 日期 2 0 03 一 1 1 一 14 赵 磊 男 , 26 岁 , 硕 士研 究生 * 国家科 技 部 “ 9 7 3 , , 资 助项 目(N o . G 19 9 8 0 6 15 06 ) 数 ) 为 : C , 0 . 16% ; 5 1 , 0 . 2 0% ; M n , 0 . 6 1% ; S , 0 . 23% ; P , 0 . 0 19% : N , 0 . 0 0 4 5 % : 0 , 0 . 0 19% . 钢 坯 经 过 1 10 ℃ 保温 l h 后锻 造 成 拟 3 ~ 的棒 材 , 终锻 温 度 为 8 50 ℃ , 再 在 9 0 ℃ 保 温 20 m in 后 空冷 以使 原 始 组 织 均匀 . 用 D T 10 0 O 热膨 胀 仪 测 Q2 35 钢 在 连 续 冷 却 条 件 下 的 相 变 点 , 奥 氏 体 化 温 度 T^ = 1 0 50 ℃ , 保温 时 间 s m i n , 冷 却速 度 VC = 15 oC / s , A r , = 7 5 0 ℃ , A r : = 5 7 0 ℃ , A 」= 82 5 ℃ . 用 G le bl el 50 0 热模 拟 机进 行 多 道 次热 压缩 变 形 实验 , 样 品为中6 m m x l Z un 及中6 un x l s m m , 所 有样 品在 变 形后 立 即淬火 以固定 高温 组织 . 样 品变 形后 为鼓 形 , 其 中心 形 变 高于 平均 值 , 所分 析 的组 织均 取 自中心位 置 . 本文 所 标定 的形 变量 均 为 实 际测 定 的变 形 量 . 用 3% 一4% 的硝 酸 酒精 溶液 浸蚀 显 示压 缩变 形纵 截 面铁 素体 组织 ; 用 过 饱 和 苦 味酸十 十二 烷基 苯磺 酸 钠 溶液 ( 82 ℃ 左右 ) 热 蚀 观 察 奥 氏体 晶粒 组 织 ; 用 图像 分 析软 件 mI - ag e - l b ol 进 行测 定 晶粒 截 径 . 利 用扫 描 电镜 上 的 E B S D 装 置测 定 多道 次变 形过 程 中铁 素体 晶粒 的 取 向变化 , 试 样经 电解抛 光 制 备而 成 . 电解 抛 光 液 为 70 % 无 水 乙 醇十20 % 高氯 酸+l 0% 甘 油 , 电压 15 V , 抛 光 时间 10一 15 5 . 2 实验 结 果 与分 析 .2 1 多道 次 热 变形 过程 中的组 织 演 变 为模 拟 热连 轧 工 艺 , 采用 1 0 50 ℃ 奥 氏 体化 , DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 05. 014