杜辰伟等：表面温度波动对微合金钢连铸板坯热塑性的影响 ·1437· 的升高，钢样变形抗力载荷也依次降低.其中，因热胀 2.4金相组织 冷缩，温度波动过程中拉伸的试样，其载荷曲线也呈现 图8给出了对应于以上断口分析的几个典型温度 上下波动. 下试样纵剖后断口附近的金相照片.由图8(a)可知， 此外，在850℃及其以下实验温度时，温度波动制 650~750℃波动的试样中基本均为铁素体+珠光体， 度下的试样在断裂前的拉伸变形位移量明显高于恒温 只是在铁素体/珠光体的交界存在一些细微孔洞，说明 制度下的试样，但其在同一位移量时所承受的载荷却 在淬火前组织就已经全部转变成了铁素体和珠光体， 比恒温制度下试样低（波动条件下载荷值取波动中 故该温度制度下的试样塑性较高，断面收缩率达到了 点，下同)，如图5(a).在高于850℃实验温度时，温度 72.6%.700℃恒温拉断时（图8(b)),其淬火组织为 波动制度下试样在断裂前的位移量明显低于恒温制度 铁素体、珠光体以及少量马氏体，说明在淬火前还未发 下试样，但同一位移量时其所承受的载荷却较高，如 生完全的奥氏体向铁素体、珠光体的转变，因而其塑性 图5(b).由此可见：在850℃及其以下温度拉伸，温度 相对较低，断面收缩率为55.3%. 波动能提高试样的热塑性：而在850℃以上拉伸，温度 对于700~800℃与750℃一组，波动组中的原奥 波动却降低了试样的热塑性.根据恒温试样的最大载 氏体晶界有明显的块状和膜状铁素体，铁素体膜厚度 荷及同一时刻波动试样的平均载荷，可得到不同温度 大约为10~20um(图8(c)).试样塑性受到铁素体 制度下最大载荷与温度间的关系，如图6所示. 膜的影响，断面收缩率为38.1%.750℃试样断裂呈 非常明显的沿晶断裂，且铁素体膜很薄，在光学显微镜 下基本不可见（图8(）)，故该温度下应力集中于晶 界薄膜，析出物也易集中的薄膜中，导致塑性极差，断 ■—±50℃波动 。一恒温 面收缩率只有29.2%. 由图8(e)和8()可见，900~1000℃与950℃一 组，组织均为马氏体，金相组织无明显差别.因本钢种 含铌较多，而热力学上900℃时Nb的碳氮化物析出比 950℃要多，动力学上900℃时析出条件也更好四，故 温度波动时向较低区间的下探使析出物增多，晶界塑 性下降.因此900~1000℃试样的断面收缩率为 64.2%,比950℃试样的69.8%低 7n/ 70 800/ 850/ oO/ 950/ 650-750700-800750-850800-900850-950900-1000 讨论 3 温度℃ 图6不同制度下拉伸试样最大载荷 3.1不同温度制度下钢样热塑性差异 Fig.6 Maximum load for samples under different tensile schedules 由图3可知，在900℃的测试温度，恒温制度下的 2.3断口形貌 塑性好于温度波动制度下的塑性.900/850~950℃条 选取在热拉伸脆性区两端和中间所对应的热塑性 件下的金相照片与950/900~1000℃条件下的金相照 差异较大的钢样，进行断口扫描电镜分析.图7为断 片（即图8(e)和图8(f))并无太大区别，且在850~ 口形貌.650~750℃波动（图7(a))和700℃恒温 950℃波动的金相中也并未观察到膜状铁素体.本实 (图7(6))的条件下，断口呈穿晶断裂，断面并不平 验所使用的J55钢，经Jmatpro软件计算其Ae,温度约 整，出现大量小的晶内韧窝.由于温度较低，铁素体甚 为850℃左右.因此认为，850~950℃范围内的温度 至珠光体已大量生成，故整体塑性均较好.700~ 波动还不足以导致铁素体膜的出现，在900℃以上时 800℃波动（图7(c))和750℃恒温（图7(d))的条件 试样组织均为奥氏体，析出动力学条件较好（典型微 下，断口呈冰糖状，断裂类型为典型脆性沿晶断裂.在 合金高强度钢的析出动力学曲线鼻尖温度约在900℃ 此温度条件下铁素体在晶界呈膜状析出，晶界强度很 左右网)，温度波动实验中温度的下探导致的晶界析 低，塑性最差.900~1000℃波动（图7(e))和950℃ 出物数量增加可能是其塑性降低的原因 恒温（图7(）)的条件下，断口分布着很深的韧窝. 对于实验温度小于等于850℃的情形，波动比恒 般认为，韧窝的大小和深浅决定于材料断裂时微孔生 温下的塑性要高.在图9所示的850/800~900℃两种 核数量和材料本身的相对塑性，如果微孔生核数量很 情况下的金相照片中均出现了膜状铁素体.虽肉眼无 多或材料的相对塑性较低，则韧窝的尺寸就较小或较 法分辨铁素体膜的厚度，但结合Mintz的研究结果和 浅.可见900~1000℃波动和950℃恒温试样断口韧 钢在凝固时的Y→α相变可推测，温度周期性波动到 窝尺寸较大较深，其塑性较好. Ae温度以下（即800℃）时，已经存在的铁素体膜变杜辰伟等: 表面温度波动对微合金钢连铸板坯热塑性的影响 的升高，钢样变形抗力载荷也依次降低． 其中，因热胀 冷缩，温度波动过程中拉伸的试样，其载荷曲线也呈现 上下波动． 此外，在 850 ℃及其以下实验温度时，温度波动制 度下的试样在断裂前的拉伸变形位移量明显高于恒温 制度下的试样，但其在同一位移量时所承受的载荷却 比恒温制度下试样低( 波动条件下载荷值取波动中 点，下同) ，如图5( a) ． 在高于850 ℃实验温度时，温度 波动制度下试样在断裂前的位移量明显低于恒温制度 下试样，但同一位移量时其所承受的载荷却较高，如 图 5( b) ． 由此可见: 在 850 ℃及其以下温度拉伸，温度 波动能提高试样的热塑性; 而在 850 ℃以上拉伸，温度 波动却降低了试样的热塑性． 根据恒温试样的最大载 荷及同一时刻波动试样的平均载荷，可得到不同温度 制度下最大载荷与温度间的关系，如图 6 所示． 图 6 不同制度下拉伸试样最大载荷 Fig． 6 Maximum load for samples under different tensile schedules 2. 3 断口形貌 选取在热拉伸脆性区两端和中间所对应的热塑性 差异较大的钢样，进行断口扫描电镜分析． 图 7 为断 口形貌． 650 ～ 750 ℃ 波动( 图 7 ( a) ) 和 700 ℃ 恒温 ( 图 7( b) ) 的条件下，断口呈穿晶断裂，断面并不平 整，出现大量小的晶内韧窝． 由于温度较低，铁素体甚 至珠光 体 已 大 量 生 成，故整体塑性均较好． 700 ～ 800 ℃波动( 图 7( c) ) 和 750 ℃恒温( 图 7( d) ) 的条件 下，断口呈冰糖状，断裂类型为典型脆性沿晶断裂． 在 此温度条件下铁素体在晶界呈膜状析出，晶界强度很 低，塑性最差． 900 ～ 1000 ℃ 波动( 图 7( e) ) 和 950 ℃ 恒温( 图 7( f) ) 的条件下，断口分布着很深的韧窝． 一 般认为，韧窝的大小和深浅决定于材料断裂时微孔生 核数量和材料本身的相对塑性，如果微孔生核数量很 多或材料的相对塑性较低，则韧窝的尺寸就较小或较 浅． 可见 900 ～ 1000 ℃ 波动和 950 ℃ 恒温试样断口韧 窝尺寸较大较深，其塑性较好． 2. 4 金相组织 图 8 给出了对应于以上断口分析的几个典型温度 下试样纵剖后断口附近的金相照片． 由图 8( a) 可知， 650 ～ 750 ℃波动的试样中基本均为铁素体 + 珠光体， 只是在铁素体/珠光体的交界存在一些细微孔洞，说明 在淬火前组织就已经全部转变成了铁素体和珠光体， 故该温度制度下的试样塑性较高，断面收缩率达到了 72. 6% ． 700 ℃恒温拉断时( 图 8( b) ) ，其淬火组织为 铁素体、珠光体以及少量马氏体，说明在淬火前还未发 生完全的奥氏体向铁素体、珠光体的转变，因而其塑性 相对较低，断面收缩率为 55. 3% ． 对于 700 ～ 800 ℃ 与 750 ℃ 一组，波动组中的原奥 氏体晶界有明显的块状和膜状铁素体，铁素体膜厚度 大约为 10 ～ 20 μm ( 图 8( c) ) ． 试样塑性受到铁素体 膜的影响，断面收缩率为 38. 1% ． 750 ℃ 试样断裂呈 非常明显的沿晶断裂，且铁素体膜很薄，在光学显微镜 下基本不可见( 图 8( d) ) ，故该温度下应力集中于晶 界薄膜，析出物也易集中的薄膜中，导致塑性极差，断 面收缩率只有 29. 2% ． 由图 8( e) 和 8( f) 可见，900 ～ 1000 ℃ 与 950 ℃ 一 组，组织均为马氏体，金相组织无明显差别． 因本钢种 含铌较多，而热力学上 900 ℃时 Nb 的碳氮化物析出比 950 ℃要多，动力学上 900 ℃时析出条件也更好［12］，故 温度波动时向较低区间的下探使析出物增多，晶界塑 性下降． 因 此 900 ～ 1000 ℃ 试样的断面收缩率为 64. 2% ，比 950 ℃试样的 69. 8% 低． 3 讨论 3. 1 不同温度制度下钢样热塑性差异 由图 3 可知，在 900 ℃的测试温度，恒温制度下的 塑性好于温度波动制度下的塑性． 900 /850 ～ 950 ℃ 条 件下的金相照片与 950 /900 ～ 1000 ℃ 条件下的金相照 片( 即图 8( e) 和图 8 ( f) ) 并无太大区别，且在 850 ～ 950 ℃波动的金相中也并未观察到膜状铁素体． 本实 验所使用的 J55 钢，经 Jmatpro 软件计算其 Ae3温度约 为 850 ℃左右． 因此认为，850 ～ 950 ℃ 范围内的温度 波动还不足以导致铁素体膜的出现，在 900 ℃ 以上时 试样组织均为奥氏体，析出动力学条件较好( 典型微 合金高强度钢的析出动力学曲线鼻尖温度约在 900 ℃ 左右［12］) ，温度波动实验中温度的下探导致的晶界析 出物数量增加可能是其塑性降低的原因． 对于实验温度小于等于 850 ℃ 的情形，波动比恒 温下的塑性要高． 在图 9 所示的 850 /800 ～ 900 ℃两种 情况下的金相照片中均出现了膜状铁素体． 虽肉眼无 法分辨铁素体膜的厚度，但结合 Mintz 的研究结果和 钢在凝固时的 γ→α 相变可推测，温度周期性波动到 Ae3温度以下( 即 800 ℃ ) 时，已经存在的铁素体膜变 · 7341 ·