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 ·555· 750℃，后一种机理占优势，这导致了MA体积分数 B]Thomas H,Shigru E,Noboyuki I,et al.Effect of volume fraction 在750℃回火时的峰值. of constituent phases on the stress-strain relationship of dual phase steels.IS0n,1999,39(3):288 试样在停止加速冷却及随后的加热过程中，组 4]Ishikawa N,Okatsu M,Endo S.High deformability UOE line- 织中仍保持部分未转变奥氏体.回火后的冷却过程 pipes produced by advanced TMCP technology//Proceedings of In- 中，其中一部分未转变奥氏体进一步分解为贝氏体， ternational Symposium on Microalloyed Steels for Oil and Gas In- 一部分空冷后转化为MA.当终冷温度过高 dustry.Araxa,2006 (550℃)时，相变得到的贝氏体组织粗大，位错密度 [5]Zhang M X,Kang M K.Interrelations of strength-toughness and 比较低，组织中还会保留大量未转变奥氏体；在回火 retained austenite mechanical stability in graluar bainite.Trans Met Heat Treat,1993,14(1):14 时，碳扩散使奥氏体中的碳含量增加，但奥氏体体积 (张明星，康沫狂.粒状贝氏体中残余奥氏体机械稳定性与强 分数大，其碳含量仍然较低.在回火后的空冷过程 韧性关系.金属热处理学报，1993,14(1)：14) 中，奥氏体处于不稳定状态，会继续缓慢分解形成粗 [6] Zhang M X,Zhou L B,Kang M K.Effect of cooling ratio on mi- 大的MA,但体积分数反而减小.当终冷温度低于贝 crostructure and properties of low carbon bainite steel.Ordnance 氏体转变终了温度B时（如350℃），贝氏体转变已 Mater Sci Eng,1989(12)25 (张明星，周鹿宾，康沫狂.冷却速度对低碳贝氏体钢组织性 经结束，同时形成少量的MA,在随后的升温和加热 能的影响.兵器材料科学与工程，1989(12)：25) 过程中，MA也会分解，MA数量降低、尺寸减小. [7]Li H L,Li X,Ji L K,et al.Strain-based design for pipeline and 通过对实验钢在以20℃·s1速率连续冷却过 development of pipe steels with high deformation resistance.Wel- 程相变的检测和分析，发现从开始贝氏体相变 ded Pipe Tube,2007,30(5):5 (619℃)到完成相变(429℃)时间约为9s.在 (李鹤林，李霄，吉玲康，等.油气管道基于应变的设计及抗大 450℃终止冷却后，因温度升高，过冷奥氏体向贝氏 变形管线钢的开发与应用.焊管，2007,30(5)：5) [8]Shikanai N,Mitao S,Endo S.Recent development in microstruc- 体相变受到抑制.以20~50℃·s的升温速率从 tural control technologies through the thermo-mechanical control 450℃升温到750℃，经历的时间为15~6s,升温速 process (TMCP)with JFE steel's high-performance plates.JFE 率越高，相变区间停留的时间就越短，保留的未转变 Tech Rep,2007,18:1 奥氏体量就会越多.回火后得到的MA组织的体积 [9]Zhao M C,Yang K,Shan Y Y.The effects of thermo-mechanical 分数就会越多，但MA的平均尺寸就会更大 control process on microstructures and mechanical properties of a commercial pipeline steel.Mater Sci Eng A,2002,335(1/2):14 4结论 [10]Mitsuhiro 0,Nobuo K,Joe K.Development of a high-deform- ability linepipe with resistance to strain-aged hardening by HOP. (1)回火前快速冷却的终冷温度在贝氏体相变 JFE Tech Rep,2007,17:20 温度区间，会增加回火后形成的MA体积分数，其体 [11]Li J X,Takahito K,Kenchio T.Effect of microstructure on nano 积分数可以达到5%以上，MA尺寸在0.77~ hardness distribution of middle carbon martensite steel.Sci China 1.41μm.终冷温度高会使回火后的MA粗大，多边 E,2005,35(11):1127 (李金许，大村孝仁，津崎兼彰.微结构对中碳马氏体钢纳米 形化. 硬度分布的影响.中国科学E辑，2005,35(11)：1127) (2)提高回火升温速率，MA体积分数增大， [12]Ohmura T,Tsuzaki K,Matsuoka S.Nanohardness measurement MA的平均尺寸增大.回火升温速率为50℃·s1 of high-purity FeC martensite.Scripta Mater,2001,45:889 时，MA最高达到7.9%，平均尺寸为1.28m [13]He X L,Shang C J.Yang S W,et al.High Performance Low (3)提高回火温度和延长回火时间，MA的体 Carbon Bainite Steel.Beijing:Metallurgical Industry Press, 2008:35 积分数会出现峰值，MA组织的尺寸也会增大.MA (贺信莱，尚成嘉，杨善武等.高性能低碳贝氏体钢.北京： 体积分数峰值的出现与回火过程碳扩散及未转变奥 治金工业出版社，2008：35) 氏体中碳含量直接相关. [14]Kang M K,Guan D H,Guo C D,et al.The M-A constituent of low alloy high strength steel.Northuest Polytech Uni,1979, 参考文献 2:1 [1]Suzuki N,Kato A.Yoshikawa M,et al.Development of the line (康沫狂，官敦辉，郭诚岛，等.低合金高强度结构钢的(M一 pipe superior to buckling resistance property.NKK Tech Rep, A)组织.西北工业大学学报，1979(2)：1) 1999,167:44 [15]Xu Z Y,Li X M.Diffusion of carbon during the formation of low- Ishikawa N,Parks D M,Socrate S,et al.Micromechanical mod- carbon martensite.Acta Metall Sin,1983,19 (2):83 eling of ferrite-pearlite steels using finite element unit cell models (徐祖耀李学敏.低碳马氏体形成时碳的扩散，金属学报， 1SJnt,2000,40:1170 1983,19(2):83)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 750 ℃，后一种机理占优势，这导致了 MA 体积分数 在 750 ℃回火时的峰值． 试样在停止加速冷却及随后的加热过程中，组 织中仍保持部分未转变奥氏体． 回火后的冷却过程 中，其中一部分未转变奥氏体进一步分解为贝氏体， 一部 分 空 冷 后 转 化 为 MA． 当终冷温度过高 ( 550 ℃ ) 时，相变得到的贝氏体组织粗大，位错密度 比较低，组织中还会保留大量未转变奥氏体; 在回火 时，碳扩散使奥氏体中的碳含量增加，但奥氏体体积 分数大，其碳含量仍然较低． 在回火后的空冷过程 中，奥氏体处于不稳定状态，会继续缓慢分解形成粗 大的 MA，但体积分数反而减小． 当终冷温度低于贝 氏体转变终了温度 Bf 时( 如 350 ℃ ) ，贝氏体转变已 经结束，同时形成少量的 MA，在随后的升温和加热 过程中，MA 也会分解，MA 数量降低、尺寸减小． 通过对实验钢在以 20 ℃·s － 1 速率连续冷却过 程相变的检测和分析，发现从开始贝氏体相变 ( 619 ℃ ) 到 完 成 相 变 ( 429 ℃ ) 时 间 约 为 9 s． 在 450 ℃终止冷却后，因温度升高，过冷奥氏体向贝氏 体相变受到抑制． 以 20 ～ 50 ℃·s － 1 的升温速率从 450 ℃升温到 750 ℃，经历的时间为 15 ～ 6 s，升温速 率越高，相变区间停留的时间就越短，保留的未转变 奥氏体量就会越多． 回火后得到的 MA 组织的体积 分数就会越多，但 MA 的平均尺寸就会更大． 4 结论 ( 1) 回火前快速冷却的终冷温度在贝氏体相变 温度区间，会增加回火后形成的 MA 体积分数，其体 积 分 数 可 以 达 到 5% 以 上，MA 尺 寸 在 0. 77 ～ 1. 41 μm． 终冷温度高会使回火后的 MA 粗大，多边 形化． ( 2) 提高回火升温速率，MA 体积分数增大， MA 的平均尺寸增大． 回火升温速率为 50 ℃·s － 1 时，MA 最高达到 7. 9% ，平均尺寸为 1. 28 μm． ( 3) 提高回火温度和延长回火时间，MA 的体 积分数会出现峰值，MA 组织的尺寸也会增大． MA 体积分数峰值的出现与回火过程碳扩散及未转变奥 氏体中碳含量直接相关． 参 考 文 献 ［1］ Suzuki N，Kato A，Yoshikawa M，et al． Development of the line pipe superior to buckling resistance property． NKK Tech Rep， 1999，167: 44 ［2］ Ishikawa N，Parks D M，Socrate S，et al． Micromechanical mod￾eling of ferrite-pearlite steels using finite element unit cell models． ISIJ Int，2000，40: 1170 ［3］ Thomas H，Shigru E，Noboyuki I，et al． Effect of volume fraction of constituent phases on the stress-strain relationship of dual phase steels． ISIJ Int，1999，39( 3) : 288 ［4］ Ishikawa N，Okatsu M，Endo S． High deformability UOE line￾pipes produced by advanced TMCP technology / /Proceedings of In￾ternational Symposium on Microalloyed Steels for Oil and Gas In￾dustry． Araxa，2006 ［5］ Zhang M X，Kang M K． Interrelations of strength-toughness and retained austenite mechanical stability in graluar bainite． Trans Met Heat Treat，1993，14( 1) : 14 ( 张明星，康沫狂． 粒状贝氏体中残余奥氏体机械稳定性与强 韧性关系． 金属热处理学报，1993，14( 1) : 14) ［6］ Zhang M X，Zhou L B，Kang M K． Effect of cooling ratio on mi￾crostructure and properties of low carbon bainite steel． Ordnance Mater Sci Eng，1989( 12) : 25 ( 张明星，周鹿宾，康沫狂． 冷却速度对低碳贝氏体钢组织性 能的影响． 兵器材料科学与工程，1989( 12) : 25) ［7］ Li H L，Li X，Ji L K，et al． Strain-based design for pipeline and development of pipe steels with high deformation resistance． Wel￾ded Pipe Tube，2007，30( 5) : 5 ( 李鹤林，李霄，吉玲康，等． 油气管道基于应变的设计及抗大 变形管线钢的开发与应用． 焊管，2007，30( 5) : 5) ［8］ Shikanai N，Mitao S，Endo S． Recent development in microstruc￾tural control technologies through the thermo-mechanical control process ( TMCP) with JFE steel’s high-performance plates． JFE Tech Rep，2007，18: 1 ［9］ Zhao M C，Yang K，Shan Y Y． The effects of thermo-mechanical control process on microstructures and mechanical properties of a commercial pipeline steel． Mater Sci Eng A，2002，335( 1 /2) : 14 ［10］ Mitsuhiro O，Nobuo K，Joe K． Development of a high-deform￾ability linepipe with resistance to strain-aged hardening by HOP． JFE Tech Rep，2007，17: 20 ［11］ Li J X，Takahito K，Kenchio T． Effect of microstructure on nano hardness distribution of middle carbon martensite steel． Sci China E，2005，35( 11) : 1127 ( 李金许，大村孝仁，津崎兼彰． 微结构对中碳马氏体钢纳米 硬度分布的影响． 中国科学 E 辑，2005，35( 11) : 1127) ［12］ Ohmura T，Tsuzaki K，Matsuoka S． Nanohardness measurement of high-purity Fe-C martensite． Scripta Mater，2001，45: 889 ［13］ He X L，Shang C J，Yang S W，et al． High Performance Low Carbon Bainite Steel． Beijing: Metallurgical Industry Press， 2008: 35 ( 贺信莱，尚成嘉，杨善武 等． 高性能低碳贝氏体钢． 北京: 冶金工业出版社，2008: 35) ［14］ Kang M K，Guan D H，Guo C D，et al． The M-A constituent of low alloy high strength steel． J Northwest Polytech Univ，1979， 2: 1 ( 康沫狂，官敦辉，郭诚岛，等． 低合金高强度结构钢的( M-- A) 组织． 西北工业大学学报，1979( 2) : 1) ［15］ Xu Z Y，Li X M． Diffusion of carbon during the formation of low￾carbon martensite． Acta Metall Sin，1983，19( 2) : 83 ( 徐祖耀 李学敏． 低碳马氏体形成时碳的扩散，金属学报， 1983，19( 2) : 83) ·555·