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第11期 温永红等：F40级船板钢的应变时效行为 ,1247. 变时效敏感性系数一般要求不大于50%，低合金钢 1.2 的应变时效敏感性系数一般在40%以下).因此， F40级船板钢在一60℃以内的温度范围其应变时效 1.0 敏感性满足要求 0.8 3.2应变时效机理分析 由前述分析可知，应变时效后，F40级船板钢的 0.6 强度上升，韧性下降，韧脆转变温度升高·应变时效 040 50 100150200250 处理过程中，材料经过10%冷变形，使铁素体中位 T1℃ 错密度增加，有文献指出)，若低碳钢经正火后位 错密度为103cm-2,经过10%以上的冷变形，平均 图5F40级船板钢的温度和内耗关系 位错密度可增到10l°cm-2.此时，位错线的平均间 Fig.5 Temperature dependence of internal friction of F40 hull structure steel 隔是10-5cm,由图3亦可得知，应变后在晶内均会 出现非常密集的位错缠结，这样碳原子就能够以更 由于F40级船板钢中加入Nb、Ti微合金元素， 短的路程达到位错等晶体缺陷及应力集中处，而富 所以有稳定的碳氨化物形成从而减少了铁素体基体 集于他们周围形成柯氏气团，所以要使位错继续移 中固溶的C、N含量，尤其减少N原子对应变时效 动，就需要增加外力，这就使得钢板的强度、硬度升 的影响，因此F40级船板钢的抗应变时效性能还是 高，冲击韧性下降，同时在应变时效过程中并不会 相对好些， 有新生的碳氨化物析出，也不会有碳化物的聚集长 4结论 大，所以随着时效时间的延长，强化效应不会消 失[6] (1)应变时效处理后，F40级船板钢的硬度升 钢的时效倾向主要是由C、N原子的扩散所致， 高，冲击韧性下降，韧脆转变温度升高，在一60℃应 有文献研究表明门，氨在铁素体中的溶解度在 变时效敏感性系数为35.4% 591℃时可达0.1%左右（质量分数），室温时降低至 (2)应变时效处理后，F40级船板钢的显微组 10一左右，含氨量高的钢，由高温快速冷却时过剩 织没有发生明显变化，组织稳定性较好， 的氮便过饱和地溶解在铁素体中，在室温静置时自 (③)氮元素是以化合态存在的，对钢板的应变 由氮将重新析出，导致钢的硬度、强度升高，而韧性 时效性能没有产生影响，F40级船板钢在230℃时 和塑性降低，但通过在国家钢铁材料测试中心物理 出现内耗峰是由于碳原子与位错的交互作用所致， 化学相分析测试报告数据显示，由于F40级船板钢 中的化学成分中加入了Nb、Ti和Al等能够形成碳 参考文献 氮化物的合金元素，钢中的N原子都以(Nbo.463 [1]Lu X S.Research on strain aging of 14MnVTiReA steel.Dev Ti0.537)(C0.317No.683)和AN的状态存在，没有游离 Appl Mater,1999,14(2):11 态的N原子存在，因此，F40级船板钢在较低温度 (鲁晓声.I4 MnVTiReA钢应变时效性能研究.材料开发与应 发生时效倾向应该主要由游离态的C原子被位错 用，1999,14(2)：11) 钉扎和脱钉所致，而是否是由游离态碳原子与位错 [2]Weng Y Q.Ulrafine Grained Steel:The Refinement Theory 的相互作用导致钢板的应变时效性能变化，则通过 and Controlled Technology of Steel.Beijing:Metallurgical Indus- try Press,2003 在多功能内耗仪的内耗实验得到了证实，图5所示 (翁宇庆，超细晶钢一钢的组织细化理论与控制技术，北京：冶 为内耗值随温度变化曲线.由图可知，随着温度的 金工业出版社，2003) 升高，内耗值一直会相应的增加，到230℃达到峰 [3]The Editorial Board of Mechanical Engineering Handbook and 值，随着温度的进一步增加，内耗值急剧降低，降低 Electric Engineering Handbook.Mechanical Engineering Hand- 的趋势一直持续到250℃.通过文献可以判断8)， book:Engineering Material.2nd Ed.Beijing:China Machine Press,1996 在时效温度附近出现的内耗峰是由于间隙C原子 (机械工程手册、电机工程手册编辑委员会，机械工程手册：工 在此时与位错发生了钉扎和脱钉所致， 程材料卷.2版，北京：机械工业出版社，1996)变时效敏感性系数一般要求不大于50％低合金钢 的应变时效敏感性系数一般在40％以下［3］．因此 F40级船板钢在－60℃以内的温度范围其应变时效 敏感性满足要求． 3∙2 应变时效机理分析 由前述分析可知应变时效后F40级船板钢的 强度上升韧性下降韧脆转变温度升高．应变时效 处理过程中材料经过10％冷变形使铁素体中位 错密度增加．有文献指出［4］若低碳钢经正火后位 错密度为108 cm －2经过10％以上的冷变形平均 位错密度可增到1010cm －2．此时位错线的平均间 隔是10－5cm．由图3亦可得知应变后在晶内均会 出现非常密集的位错缠结这样碳原子就能够以更 短的路程达到位错等晶体缺陷及应力集中处而富 集于他们周围形成柯氏气团所以要使位错继续移 动就需要增加外力这就使得钢板的强度、硬度升 高冲击韧性下降．同时在应变时效过程中并不会 有新生的碳氮化物析出也不会有碳化物的聚集长 大所以随着时效时间的延长强化效应不会消 失［5－6］． 钢的时效倾向主要是由 C、N 原子的扩散所致． 有文献研究表明［7］氮在铁素体中的溶解度在 591℃时可达0∙1％左右（质量分数）室温时降低至 10－7左右含氮量高的钢由高温快速冷却时过剩 的氮便过饱和地溶解在铁素体中在室温静置时自 由氮将重新析出导致钢的硬度、强度升高而韧性 和塑性降低．但通过在国家钢铁材料测试中心物理 化学相分析测试报告数据显示由于 F40级船板钢 中的化学成分中加入了 Nb、Ti 和 Al 等能够形成碳 氮化物的合金元素钢中的 N 原子都以（Nb0∙463 Ti0∙537）（C0∙317N0∙683）和 AlN 的状态存在没有游离 态的 N 原子存在．因此F40级船板钢在较低温度 发生时效倾向应该主要由游离态的 C 原子被位错 钉扎和脱钉所致．而是否是由游离态碳原子与位错 的相互作用导致钢板的应变时效性能变化则通过 在多功能内耗仪的内耗实验得到了证实．图5所示 为内耗值随温度变化曲线．由图可知随着温度的 升高内耗值一直会相应的增加到230℃达到峰 值随着温度的进一步增加内耗值急剧降低降低 的趋势一直持续到250℃．通过文献可以判断［8－9］ 在时效温度附近出现的内耗峰是由于间隙 C 原子 在此时与位错发生了钉扎和脱钉所致． 图5 F40级船板钢的温度和内耗关系 Fig．5 Temperature dependence of internal friction of F40 hull structure steel 由于 F40级船板钢中加入 Nb、Ti 微合金元素 所以有稳定的碳氮化物形成从而减少了铁素体基体 中固溶的 C、N 含量尤其减少 N 原子对应变时效 的影响因此 F40级船板钢的抗应变时效性能还是 相对好些． 4 结论 （1） 应变时效处理后F40级船板钢的硬度升 高冲击韧性下降韧脆转变温度升高在－60℃应 变时效敏感性系数为35∙4％． （2） 应变时效处理后F40级船板钢的显微组 织没有发生明显变化组织稳定性较好． （3） 氮元素是以化合态存在的对钢板的应变 时效性能没有产生影响F40级船板钢在230℃时 出现内耗峰是由于碳原子与位错的交互作用所致． 参 考 文 献 ［1］ Lu X S．Research on strain aging of 14MnVTiReA steel．Dev Appl Mater199914（2）：11 （鲁晓声．14MnVTiReA 钢应变时效性能研究．材料开发与应 用199914（2）：11） ［2］ Weng Y Q．Ultrafine Grained Steel：The Refinement Theory and Controlled Technology of Steel．Beijing：Metallurgical Industry Press2003 （翁宇庆．超细晶钢－钢的组织细化理论与控制技术．北京：冶 金工业出版社2003） ［3］ The Editorial Board of Mechanical Engineering Handbook and Electric Engineering Handbook．Mechanical Engineering Handbook：Engineering Material．2nd Ed．Beijing：China Machine Press1996 （机械工程手册、电机工程手册编辑委员会．机械工程手册：工 程材料卷．2版．北京：机械工业出版社1996） 第11期 温永红等： F40级船板钢的应变时效行为 ·1247·