第5期 余伟等：含Nb低碳钢的中间冷却及回火工艺对MA组织的影响 ·551· 强度之外，还要具备良好的塑性和韧性.由硬相和 中而诱发裂纹，但细小弥散分布的MA组织能阻碍 软相组成的双相或多相显微组织，具有较高的加 位错运动和疲劳裂纹扩展，消耗部分裂纹扩展功， 工硬化指数(n值)以及连续屈服型应力一应变曲 从而提高变形能力.TMCP(thermal-mechanical 线，可获得较大的应变强化性能)，使得钢材具 controlled processing).工艺可以生产铁素体+贝氏 有良好的均匀变形能力，即抗大变形性能.铁素 体双相显微组织钢材，但是无法保证在获得一定 体+贝氏体和贝氏体+马氏体一奥氏体岛状的双 数量MA组织的同时不降低钢材的焊接性能和韧 相组织也具有这类特性.MA是残余奥氏体(A.) 性；为此开发出HOP(heat-treatment online process- 与马氏体(M)的组合相，或Ag几乎全部以MA岛 ing)工艺控制MA的形成，生产贝氏体+MA双相 形式存在因.MA是低碳贝氏体钢的一个重要组 显微组织的钢材o.因此，控制MA相的数量和 织特征，MA的含量、形状、尺寸及分布等对钢材 形态也成为高强度钢热处理工艺的重点研究 性能都有影响.研究证实：钢的屈服强度、抗拉 内容 强度均与MA的体积分数呈线性关系增加，MA以 1实验材料及方法 双相强化方式增加钢的强度，适当增加A量有利 于MA岛数量的增多，但是减小MA尺寸对提高冲 实验材料取自厚18.4mm的钢板，其化学成分 击韧性有利.对于贝氏体+MA钢，当MA的体积 如表1所示.将钢板加工成中4mm×10mm的圆柱 分数高于5%时，钢材的屈强比较低，韧性好，具有 形试样.实验在BAHR DIL8O5A型淬火膨胀仪上 良好的变形性能7-.有尖角的MA易产生应力集 进行 表1实验钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of test steel S Mn Als Ni Cr Nb Ti 0.028 0.25 1.82 0.014 0.0023 0.027 0.20 0.09 0.085 0.012 首先，以10℃s-加热至950℃，保温5min,以 观察了钢中的MA的形态，用mage-Pro Plus软件计 30℃·s的冷速冷却至200℃以下，测定实验钢的 算MA的含量及尺寸. 过冷奥氏体连续冷却过程相变的开始和终止温度. 然后，第一组试样以10℃·s-1加热至950℃奥氏体 2实验结果 化，保温5min,以30℃·s-的速度分别冷却至350、 2.1终冷温度对MA的影响 450和550℃，再以50℃·s-1的速度升温至800℃， 图2是不同终冷温度回火后试样经硝酸乙醇腐 保温300s后，将试样空冷至室温，工艺方案见 蚀后的扫描电镜(SEM)照片以及经LePera溶液腐 图1(a).第二组试样，在相同的奥氏体化温度加热 蚀后的光学显微(OM)照片.从图2(a)、(c)和(e) 后，以30℃·s-1冷却至450℃，再分别以20、30、40 可以看出，组织主要为贝氏体铁素体或针状铁素体， 和50℃·s的速度升温至750℃，保温300s后，将 还有少量粒状组织，这种组织和彩色金相的白色颗 试样空冷至室温，工艺方案见图1(b)·第三组试样 粒对应.为了验证白色颗粒是否为MA岛，从 在相同的奥氏体化温度加热后，以30℃·s的速 图2(b)、(d)和(f)中白色、深灰色和浅灰色三种颜 度冷却到450℃后，立即以50℃·s-1的速度分别 色中随机选取五个微区域，进行纳米探针硬度检测， 升温至660、720、750、780和800℃，等温300s后 其硬度见图3.白色、深灰色和浅灰色区域的平均硬 以5℃s冷却至室温，工艺方案见图1(c).第四 度分别为5.205、3.255和3.049GPa.根据MA岛的 组试样在相同的奥氏体化温度加热后，以30℃· 硬度值范围1-2，确定图中白亮色的颗粒即为MA s1冷却到450℃后，立即以50℃·s的速度升温 岛.MA的形态、数量和尺寸随着终冷温度的变化有 至750℃，保温0、100、200、300、400和500s后以 所不同.终冷温度为350℃时，MA的尺寸非常细 5℃·s-1冷却至室温，工艺方案见图1(d). 小，0.5um以下的MA数量居多，MA呈颗粒状大多 试样沿横向对剖，镶嵌后制成金相样，用2%硝 分布在基体内部.当终冷温度为450℃时，MA趋于 酸乙醇溶液侵蚀，获得普通金相组织，用Lepara试 弥散分布.终冷温度为550℃时，MA数量有所减 剂（将1%偏重亚硫酸钠水溶液和4%苦味酸酒精溶 少，但是MA的尺寸增大；MA大多分布在基体的晶 液以体积比：1均匀混合)侵蚀后，通过光学显微镜 界处，多呈块状、短棒状第 5 期 余 伟等: 含 Nb 低碳钢的中间冷却及回火工艺对 MA 组织的影响 强度之外，还要具备良好的塑性和韧性． 由硬相和 软相组成的双相或多相显微组织，具有较高的加 工硬化指数( n 值) 以及连续屈服型应力--应变曲 线，可获得较大的应变强化性能［1--3］，使得钢材具 有良好的均匀变形能力，即抗大变形性能［4］． 铁素 体 + 贝氏体和贝氏体 + 马氏体--奥氏体岛状的双 相组织也具有这类特性． MA 是残余奥氏体( AR ) 与马氏体( M) 的组合相，或 AR几乎全部以 MA 岛 形式存在［5］． MA 是低碳贝氏体钢的一个重要组 织特征，MA 的含量、形状、尺寸及分布等对钢材 性能都有影响． 研究证实［6］: 钢的屈服强度、抗拉 强度均与 MA 的体积分数呈线性关系增加，MA 以 双相强化方式增加钢的强度，适当增加 AR量有利 于 MA 岛数量的增多，但是减小 MA 尺寸对提高冲 击韧性有利． 对于贝氏体 + MA 钢，当 MA 的体积 分数高于 5% 时，钢材的屈强比较低，韧性好，具有 良好的变形性能［7--8］． 有尖角的 MA 易产生应力集 中而诱发裂纹，但细小弥散分布的 MA 组织能阻碍 位错运动和疲劳裂纹扩展，消耗部分裂纹扩展功， 从而提高变形能力［9］． TMCP( thermal-mechanical controlled processing) 工艺可以生产铁素体 + 贝氏 体双相显微组织钢材，但是无法保证在获得一定 数量 MA 组织的同时不降低钢材的焊接性能和韧 性; 为此开发出 HOP( heat-treatment online process￾ing) 工艺控制 MA 的形成，生产贝氏体 + MA 双相 显微组织的钢材［10］． 因此，控制 MA 相的数量和 形态也 成 为 高 强 度 钢 热 处 理 工 艺 的 重 点 研 究 内容． 1 实验材料及方法 实验材料取自厚 18. 4 mm 的钢板，其化学成分 如表 1 所示． 将钢板加工成 4 mm × 10 mm 的圆柱 形试样． 实验在 BHR DIL805A 型淬火膨胀仪上 进行． 表 1 实验钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of test steel % C Si Mn P S Als Ni Cr Nb Ti 0. 028 0. 25 1. 82 0. 014 0. 002 3 0. 027 0. 20 0. 09 0. 085 0. 012 首先，以 10 ℃·s － 1 加热至 950 ℃，保温 5 min，以 30 ℃·s － 1 的冷速冷却至 200 ℃ 以下，测定实验钢的 过冷奥氏体连续冷却过程相变的开始和终止温度． 然后，第一组试样以 10 ℃·s － 1 加热至 950 ℃ 奥氏体 化，保温 5 min，以 30 ℃·s － 1 的速度分别冷却至 350、 450 和 550 ℃，再以 50 ℃·s － 1 的速度升温至 800 ℃， 保温 300 s 后，将试样空冷至室温，工 艺 方 案 见 图 1( a) ． 第二组试样，在相同的奥氏体化温度加热 后，以 30 ℃·s － 1 冷却至 450 ℃，再分别以 20、30、40 和 50 ℃·s － 1 的速度升温至 750 ℃，保温 300 s 后，将 试样空冷至室温，工艺方案见图 1( b) ． 第三组试样 在相同的奥氏体化温度加热后，以 30 ℃·s － 1 的速 度冷却到 450 ℃ 后，立即以 50 ℃·s － 1 的速度分别 升温至 660、720、750、780 和 800 ℃ ，等温 300 s 后 以5 ℃·s － 1 冷却至室温，工艺方案见图 1( c) ． 第四 组试样在相同的奥氏体化温度加热后，以 30 ℃· s － 1 冷却到 450 ℃ 后，立即以 50 ℃·s － 1 的速度升温 至750 ℃ ，保温 0、100、200、300、400 和 500 s 后以 5 ℃·s － 1 冷却至室温，工艺方案见图 1( d) ． 试样沿横向对剖，镶嵌后制成金相样，用 2% 硝 酸乙醇溶液侵蚀，获得普通金相组织，用 Lepara 试 剂( 将 1% 偏重亚硫酸钠水溶液和 4% 苦味酸酒精溶 液以体积比 l∶ l 均匀混合) 侵蚀后，通过光学显微镜 观察了钢中的 MA 的形态，用 Image-Pro Plus 软件计 算 MA 的含量及尺寸． 2 实验结果 2. 1 终冷温度对 MA 的影响 图 2 是不同终冷温度回火后试样经硝酸乙醇腐 蚀后的扫描电镜( SEM) 照片以及经 LePera 溶液腐 蚀后的光学显微( OM) 照片． 从图 2( a) 、( c) 和( e) 可以看出，组织主要为贝氏体铁素体或针状铁素体， 还有少量粒状组织，这种组织和彩色金相的白色颗 粒对 应． 为了验证白色颗粒是否为 MA 岛，从 图 2( b) 、( d) 和( f) 中白色、深灰色和浅灰色三种颜 色中随机选取五个微区域，进行纳米探针硬度检测， 其硬度见图 3． 白色、深灰色和浅灰色区域的平均硬 度分别为 5. 205、3. 255 和 3. 049 GPa． 根据 MA 岛的 硬度值范围［11--12］，确定图中白亮色的颗粒即为 MA 岛． MA 的形态、数量和尺寸随着终冷温度的变化有 所不同． 终冷温度为 350 ℃ 时，MA 的尺寸非常细 小，0. 5 μm 以下的 MA 数量居多，MA 呈颗粒状大多 分布在基体内部． 当终冷温度为 450 ℃ 时，MA 趋于 弥散分布． 终冷温度为 550 ℃ 时，MA 数量有所减 少，但是 MA 的尺寸增大; MA 大多分布在基体的晶 界处，多呈块状、短棒状． ·551·