第1期 余伟等：常化后冷却工艺对1600MPa级超高强钢组织性能的影响 ·57· 常化（正火）处理通常采用加热后空冷的方法，可以 的圆柱试样，在DL805热膨胀仪上测定实验钢的连 提高钢板组织均匀性和韧性，但因冷却速度慢会导 续冷却转变(CCT)曲线.测试方法为：将试样以10 致相变温度提高，室温组织晶粒相对粗大，控制轧制 ℃·s1的速度加热至950℃并保温5min,分别以 类轧钢板的屈服强度因此降低20~50MPa,控轧控 0.5、1、3、5、10、15、20、30、50和80℃·s1的冷速冷 冷钢板降低幅度可达80~120MPa.近年来成功应 却到室温，记录冷却过程中的热膨胀曲线.将连续冷却 用的常化控制冷却a(normalizing with controlled 后的试样沿轴向剖开观察显微组织，根据相变后的显 cooling,NCC)技术通过控制冷却速度和终冷温度 微组织和热膨张曲线绘制连续冷却转变曲线▣ 来控制钢板的相变温度，可以抑制微合金元素碳氮 将80mm×80mm×80mm的钢坯加热到1200 化物的长大，细化晶粒和析出物，并影响残余奥氏体 ℃保温2h后进行两阶段轧制，最终轧成12mm厚 的形成，从而提高钢的强度，保持韧性基本不变，为 的钢板.再结晶区轧制的开轧温度为1150℃，终轧 探索高强度钢的经济生产提供有效途径.但是，常 温度为1050℃，累积压下率为52.5%；未再结晶区 化控冷工艺参数变化及常化控冷+回火对超高强钢 精轧开轧温度为950℃，终轧温度为850℃，累积压 的力学性能和显微组织的影响鲜有报道.本文着重 下率为68.42%.轧后快速冷却至250℃保温0.5h, 探讨了常化+回火及常化控冷+回火工艺对超高强 空冷至室温.随后加热到930℃，保温15min,进行 钢性能和残余奥氏体的影响. 常化+回火及常化控冷+回火处理：(1)常化后空 1 冷至室温，分别在250、300和450℃回火30min 实验材料和方法 (N+T工艺)：(2)常化后以12℃·s左右冷却速度 实验用钢采用真空炉治炼浇铸成50kg钢锭，其 分别喷雾冷却至室温、250和450℃（后空冷至300 化学成分见表1.将钢锭锻成80mm×80mm×80 ℃)，然后在300℃回火保温30min(NCC+T工 mm的钢坯，利用线切割的方法切取中4mm×10mm 艺).具体的实验工艺如图1所示. 表1实验用钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the experimental steel % C Mn Si Mo Ti B Ni Cr 0.2 1.5 1.5 ≤0.005≤0.01 0.25 0.06 0.02 0.0025 0.03 1.6 0.7 a◆ 930℃，15mim 930℃.15min 雾冷 450C 450℃，30min 水 水冷 300℃，30mim 300 250℃ 250 室温 室温 时间 时间 图1两种热处理工艺图.(a)N+T工艺：(b)NCC+T工艺 Fig.I Schematie diagram of two heat treatment processes:(a)N+T process:(b)NCC+T process 采用直径10mm,标距50mm的圆棒拉伸试样 HKL Channel5EBsD系统对微区进行数据统计及 在CMT4105型万能试验机上进行拉伸试验，沿钢 分析.X射线衍射试样在20%高氯酸、10%甘油与 板横向切取10mm×10mm×55mm的V形缺口试 7O%乙醇的混合溶液中电解抛光后，在DMAX-RB 样，在JB-30B型冲击试验机上进行冲击试验.金相 型X射线衍射仪上测定残余奥氏体的体积分数. 试样经机械研磨和抛光后，用4%硝酸乙醇溶液侵 2实验结果 蚀，在LE0-1450型扫描电子显微镜(SEM)上观察 显微组织.电子背散射衍射技术试样用砂纸研磨后 2.1连续冷却转变曲线 在电解液(20%高氯酸+80%乙醇)中进行电解抛 图2为不同冷速下得到的显微组织，图3为实 光，利用ZEISS SUPRA55型场发射扫描电镜配备的 验钢的连续冷却转变曲线.可以看出，实验钢在第 1 期 余 伟等: 常化后冷却工艺对 1600 MPa 级超高强钢组织性能的影响 常化( 正火) 处理通常采用加热后空冷的方法，可以 提高钢板组织均匀性和韧性，但因冷却速度慢会导 致相变温度提高，室温组织晶粒相对粗大，控制轧制 类轧钢板的屈服强度因此降低 20 ～ 50 MPa，控轧控 冷钢板降低幅度可达 80 ～ 120 MPa． 近年来成功应 用的常化控制冷却［10］ ( normalizing with controlled cooling，NCC) 技术通过控制冷却速度和终冷温度 来控制钢板的相变温度，可以抑制微合金元素碳氮 化物的长大，细化晶粒和析出物，并影响残余奥氏体 的形成，从而提高钢的强度，保持韧性基本不变，为 探索高强度钢的经济生产提供有效途径． 但是，常 化控冷工艺参数变化及常化控冷 + 回火对超高强钢 的力学性能和显微组织的影响鲜有报道． 本文着重 探讨了常化 + 回火及常化控冷 + 回火工艺对超高强 钢性能和残余奥氏体的影响． 1 实验材料和方法 实验用钢采用真空炉冶炼浇铸成 50 kg 钢锭，其 化学成分见表 1． 将钢锭锻成 80 mm × 80 mm × 80 mm 的钢坯，利用线切割的方法切取 4 mm × 10 mm 的圆柱试样，在 DIL805 热膨胀仪上测定实验钢的连 续冷却转变( CCT) 曲线． 测试方法为: 将试样以 10 ℃·s !1 的速度加热至 950 ℃ 并保温 5 min，分别以 0. 5、1、3、5、10、15、20、30、50 和 80 ℃·s !1 的冷速冷 却到室温，记录冷却过程中的热膨胀曲线． 将连续冷却 后的试样沿轴向剖开观察显微组织，根据相变后的显 微组织和热膨胀曲线绘制连续冷却转变曲线［11］． 将 80 mm × 80 mm × 80 mm 的钢坯加热到 1200 ℃保温 2 h 后进行两阶段轧制，最终轧成 12 mm 厚 的钢板． 再结晶区轧制的开轧温度为 1150 ℃，终轧 温度为 1050 ℃，累积压下率为 52. 5% ; 未再结晶区 精轧开轧温度为 950 ℃，终轧温度为 850 ℃，累积压 下率为68. 42% ． 轧后快速冷却至250 ℃保温0. 5 h， 空冷至室温． 随后加热到 930 ℃，保温 15 min，进行 常化 + 回火及常化控冷 + 回火处理: ( 1) 常化后空 冷至室温，分 别 在 250、300 和 450 ℃ 回 火 30 min ( N + T 工艺) ; ( 2) 常化后以 12 ℃·s !1 左右冷却速度 分别喷雾冷却至室温、250 和 450 ℃ ( 后空冷至 300 ℃ ) ，然后在 300 ℃ 回火保温 30 min ( NCC + T 工 艺) ． 具体的实验工艺如图 1 所示． 表 1 实验用钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the experimental steel % C Mn Si S P Mo Nb Ti B Al Ni Cr 0. 2 1. 5 1. 5 ≤0. 005 ≤0. 01 0. 25 0. 06 0. 02 0. 0025 0. 03 1. 6 0. 7 图 1 两种热处理工艺图． ( a) N + T 工艺; ( b) NCC + T 工艺 Fig． 1 Schematic diagram of two heat treatment processes: ( a) N + T process; ( b) NCC + T process 采用直径 10 mm，标距 50 mm 的圆棒拉伸试样 在 CMT--4105 型万能试验机上进行拉伸试验，沿钢 板横向切取 10 mm × 10 mm × 55 mm 的 V 形缺口试 样，在 JB--30B 型冲击试验机上进行冲击试验． 金相 试样经机械研磨和抛光后，用 4% 硝酸乙醇溶液侵 蚀，在 LEO--1450 型扫描电子显微镜( SEM) 上观察 显微组织． 电子背散射衍射技术试样用砂纸研磨后 在电解液( 20% 高氯酸 + 80% 乙醇) 中进行电解抛 光，利用 ZEISS SUPＲA55 型场发射扫描电镜配备的 HKL Channel 5 EBSD 系统对微区进行数据统计及 分析． X 射线衍射试样在 20% 高氯酸、10% 甘油与 70% 乙醇的混合溶液中电解抛光后，在 DMAX--ＲB 型 X 射线衍射仪上测定残余奥氏体的体积分数． 2 实验结果 2. 1 连续冷却转变曲线 图 2 为不同冷速下得到的显微组织，图 3 为实 验钢的连续冷却转变曲线． 可以看出，实验钢在 ·57·