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D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.09.032 第29卷第9期 北京科技大学学报 Vol.29 No.9 2007年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep·2007 形变对板条马氏体回火组织的影响 徐仕龙)李龙飞)杨王嚼)孙祖庆) 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要对Q235级低碳钢板条马氏体在550℃多道次单向压缩变形后退火和室温大塑性变形轧制后在此温度退火的显微 组织演变规律进行了对比研究，结合未变形板条马氏体在此温度的回火组织演变，讨论了变形对马氏体分解过程，铁素体再 结晶晶粒尺寸和析出碳化物形貌的影响·实验结果表明，变形显著影响马氏体分解过程，促进渗碳体的析出和铁素体回复及 再结晶·热变形组织铁素体再结晶品粒尺寸在O.5左右：渗碳体形貌从细棒状向球状转变，随变形量增大渗碳体尺寸增 大，继续保温60mi导致铁素体晶粒长大到1m左右，晶粒内部的渗碳体消失，原先在铁素体晶界析出的渗碳体球化、粗化· 冷轧试样在550℃退火保温时间在30min内得到0.3~0.4m超细晶粒和尺度小于150m的弥散渗碳体颗粒组织：随退火 保温时间延长到60min,铁素体再结晶晶粒长大到1.9m,渗碳体颗粒尺寸约160nm· 关键词马氏体；形变；回火处理：铁素体；渗碳体 分类号TG111.7:TG156.5 形变热处理是在金属材料上有效地综合利用形 并退火和大压下量室温轧制后在此温度再结晶退火 变强化（加工硬化）及相变强化，将压力加工与热处 组织的演变规律进行了研究，试图阐明形变对微观 理相结合，使成型工艺与最终性能统一起来的一种 组织的影响，并探讨获得超细晶组织的工艺参数， 工艺方法山，利用形变热处理不仅可以获得单一强 化方法难以达到的金属材料综合力学性能，还可以 1 实验材料与方法 大大简化生产工艺流程，带来较大的经济效益。因 实验所用Q235级低碳钢化学成分为（质量分 此，长期以来，材料科学工作者一直致力于利用形变 数)：C,0.171%;Mn,0.36%;Si,0.09%;S, 热处理工艺以充分发挥材料潜力、提高金属材料强 0.013%;P,0.017%;Cr,0.02%;Ni,0.03%;Cu, 韧性的研究，按照相变与形变过程发生的顺序关 0.01%;Al,0.025%:Mo,0.01%:其余Fe方坯在 系，可以将形变热处理工艺划分为相变前形变、相变 1100~850℃热锻成15mm×1m的棒材，空冷后 中形变和相变后形变三类[)]，有学者采用相变后形 加工成8mm×15mm的圆柱试样.在1250℃保温 变工艺，在低合金钢马氏体组织回火的同时进行形 60mim奥氏体化后炉冷得到铁素体十珠光体组织. 变（动态应变时效），使材料强度显著提高，而且材料 多道次单向压缩热变形实验（如图1所示）在Glee 塑性损失不大，综合力学性能得到改善3].目前动 ble1500型热模拟试验机上进行，以20℃s1的加 态应变时效被较多地应用于不锈钢的强化，相关研 热速度将试样加热到1000℃保温10mim奥氏体化 究也取得了较大进展[)，但以上研究所采用变形 后，水淬得到板条马氏体，再以10℃s的加热速 多为拉伸方式，且形变量较小，对于不含更多合金元 度将试样加热到550℃后立即进行压缩变形.分6 素的普通低碳钢板条马氏体回火过程中压缩变形的 道次进行压缩，每道次名义变形量30%，道次间隔 研究则相对较少，大塑性变形技术(severe plastic 0.5s,应变速率0.01s-1.样品变形后立即淬火以固 deformation,SPD)自20世纪90年代初出现以来， 定组织.6道次变形后继续保温1h后空冷，将变形 由于在制备纳米晶及超细晶金属，提高材料强度方 试样沿压缩方向切开，观察面平行压缩方向，板条 面的良好表现，倍受材料科学工作者的关注[一10， 马氏体冷轧退火实验将预制200mm×40mmX5 本文将大塑性变形与形变热处理相结合，对Q235 mm薄板试样加热到1000℃保温40min奥氏体化 级低碳钢板条马氏体在550℃多道次单向压缩变形 后用10%NaCl冰水溶液淬得板条马氏体，进行多 收稿日期：2006-04-25修回日期：2006-10-11 道次累积压下量为90%的室温轧制后在550℃退火 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。·50471092) 处理，显微组织观察面水平方向平行于轧制方向， 作者简介：徐仕龙(1981一)：男，硕士研究生；孙祖庆(1944一)，男， 教授，博士生导师 竖直方向平行于法线方向，未变形板条马氏体回火形变对板条马氏体回火组织的影响 徐仕龙1） 李龙飞1） 杨王 2） 孙祖庆1） 1） 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 2） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 摘 要 对 Q235级低碳钢板条马氏体在550℃多道次单向压缩变形后退火和室温大塑性变形轧制后在此温度退火的显微 组织演变规律进行了对比研究结合未变形板条马氏体在此温度的回火组织演变讨论了变形对马氏体分解过程、铁素体再 结晶晶粒尺寸和析出碳化物形貌的影响．实验结果表明变形显著影响马氏体分解过程促进渗碳体的析出和铁素体回复及 再结晶．热变形组织铁素体再结晶晶粒尺寸在0∙5μm 左右；渗碳体形貌从细棒状向球状转变随变形量增大渗碳体尺寸增 大继续保温60min 导致铁素体晶粒长大到1μm 左右晶粒内部的渗碳体消失原先在铁素体晶界析出的渗碳体球化、粗化． 冷轧试样在550℃退火保温时间在30min 内得到0∙3～0∙4μm 超细晶粒和尺度小于150nm 的弥散渗碳体颗粒组织；随退火 保温时间延长到60min铁素体再结晶晶粒长大到1∙9μm渗碳体颗粒尺寸约160nm． 关键词 马氏体；形变；回火处理；铁素体；渗碳体 分类号 TG111∙7；TG156∙5 收稿日期：2006-04-25 修回日期：2006-10-11 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50471092） 作者简介：徐仕龙（1981—）男硕士研究生；孙祖庆（1944—）男 教授博士生导师 形变热处理是在金属材料上有效地综合利用形 变强化（加工硬化）及相变强化将压力加工与热处 理相结合使成型工艺与最终性能统一起来的一种 工艺方法［1］．利用形变热处理不仅可以获得单一强 化方法难以达到的金属材料综合力学性能还可以 大大简化生产工艺流程带来较大的经济效益．因 此长期以来材料科学工作者一直致力于利用形变 热处理工艺以充分发挥材料潜力、提高金属材料强 韧性的研究．按照相变与形变过程发生的顺序关 系可以将形变热处理工艺划分为相变前形变、相变 中形变和相变后形变三类［2］．有学者采用相变后形 变工艺在低合金钢马氏体组织回火的同时进行形 变（动态应变时效）使材料强度显著提高而且材料 塑性损失不大综合力学性能得到改善［3］．目前动 态应变时效被较多地应用于不锈钢的强化相关研 究也取得了较大进展［4—6］．但以上研究所采用变形 多为拉伸方式且形变量较小对于不含更多合金元 素的普通低碳钢板条马氏体回火过程中压缩变形的 研究则相对较少．大塑性变形技术（severe plastic deformationSPD）自20世纪90年代初出现以来 由于在制备纳米晶及超细晶金属提高材料强度方 面的良好表现倍受材料科学工作者的关注［7—10］． 本文将大塑性变形与形变热处理相结合对 Q235 级低碳钢板条马氏体在550℃多道次单向压缩变形 并退火和大压下量室温轧制后在此温度再结晶退火 组织的演变规律进行了研究试图阐明形变对微观 组织的影响并探讨获得超细晶组织的工艺参数． 1 实验材料与方法 实验所用 Q235级低碳钢化学成分为（质量分 数）：C0∙171％；Mn0∙36％；Si0∙09％；S 0∙013％；P0∙017％；Cr0∙02％；Ni0∙03％；Cu 0∙01％；Al0∙025％；Mo0∙01％；其余 Fe．方坯在 1100～850℃热锻成●15mm×1m 的棒材空冷后 加工成●8mm×15mm 的圆柱试样．在1250℃保温 60min 奥氏体化后炉冷得到铁素体＋珠光体组织． 多道次单向压缩热变形实验（如图1所示）在 Gleeble1500型热模拟试验机上进行以20℃·s —1的加 热速度将试样加热到1000℃保温10min 奥氏体化 后水淬得到板条马氏体再以10℃·s —1的加热速 度将试样加热到550℃后立即进行压缩变形．分6 道次进行压缩每道次名义变形量30％道次间隔 0∙5s应变速率0∙01s —1．样品变形后立即淬火以固 定组织．6道次变形后继续保温1h 后空冷．将变形 试样沿压缩方向切开观察面平行压缩方向．板条 马氏体冷轧退火实验将预制200mm ×40mm×5 mm 薄板试样加热到1000℃保温40min 奥氏体化 后用10％ NaCl 冰水溶液淬得板条马氏体进行多 道次累积压下量为90％的室温轧制后在550℃退火 处理．显微组织观察面水平方向平行于轧制方向 竖直方向平行于法线方向．未变形板条马氏体回火 第29卷 第9期 2007年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．9 Sep．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．09．032