D01:10.13374/i.issn1001-053x.2002.02:002 第24卷第2期 北京科技大学学报 VoL24 No.2 2002年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2002 低碳钢过冷奥氏体形变过程组织演变机制 齐俊杰)杨王玥》孙祖庆) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要低碳钢过冷奥氏体形变过程将发生形变强化相变及铁素体的动态再结晶，导致晶粒 超细化.与未形变的过冷奥氏体等温转变相比，形变极大地促进了奥氏体向铁素体的转变，使 铁素体形核率急剧升高，铁素体晶粒尺寸显著降低.形变强化相变是一以形核为主的过程.在 形变后期，当形变强化相变铁素体转变基本完成后，将发生铁素体的动态回复和动态再结晶. 比较不同应变速率对组织演变影响的结果表明，应变速率较低条件下，易形成铁素体与第2组 织层状分布的条带特征：应变速率较高时，组织的条带特征不显著 关键词 低碳钢：形变强化相变；铁素体动态再结晶；晶粒细化 分类号TG111.5 细化晶粒的热机械处理工艺经历了从控轧 钢SS400,其成分的质量分数为Fe0.171C 控冷川到应变诱导相变的进展过程.通过控 0.09Si-0.36Mn.将SS400粗轧坯改锻后经机加 轧控冷可使材料组织细化的极限尺寸达到5~10 工成小圆柱试样，规格为6mm×12mm.锻造温 μm山.“应变诱导动态转变”的提出使材料组 度为1100-900℃，锻后正火，正火工艺为900℃， 织细化的极限尺寸达到1~2m:刃.而“形变强化 保温20min+空冷，压缩实验在Gleeble1500热 相变”的学术思路已被系统的实验证实为一种 模拟机上进行.试样在1000℃(t)保温10min, 在低碳钢中有效细化铁素体晶粒的途径例.它强 得到平均晶粒截径约为40um的奥氏体组织. 调奥氏体向铁素体的转变在温度过冷与变形的 遵循“形变强化相变”的学术思路四，以30℃s的 双重条件下进行，初始变形温度T位于A与A, 冷速冷至过冷奥氏体区750℃()进行变形，采 之间，既没有先共析铁素体的析出，又大大增 用3种不同的形变速率()：1,10和30s.变形 强奥氏体向铁素体的相变的驱动力，加速相变 后立即以冰水淬火. 过程的完成.Lewis,Priestner,Hurley及Hodg- 形变后的试样从中心沿压缩轴方向剖开， son等在应变诱导相变、微细组织的获得及形 用2%一4%硝酸酒精溶液浸蚀，观察剖面的金相 成规律等方面进行了许多深人的研究，但对组 组织.利用与Leica金相显微镜相连的定量分析 织细化的机理方面缺乏深入的理解.尤其对于 软件测定铁素体的转变量，每个试样均选取足 形变过程铁素体的动态再结晶对晶粒细化的贡 够多个视场，并用网格法予以对比校正.采用截 献存在许多疑问甚至否定的观点..本文利用 线法测量形变强化相变铁素体晶粒截径.铁素 定量金相分析、TEM及EBSD(electron backscat-. 体体积分数和晶粒截径的统计均保证相对误差 tered dif衎raction)等分析手段，阐述低碳钢过冷奥 小于5%，统计置信度在95%以上.切取电镜薄 氏体形变过程组织演变，分析变形对相变的极 膜试样，在-20~-30℃双喷减薄，双喷液为5% 大促进作用及过冷奥氏体形变过程中铁素体动 HCIO,+CH,CH,OH溶液，电压75~100V,电流 态再结晶的行为，并讨论不同应变速率的影响. 50-65A.用H800透射电镜观察组织形貌.利用 扫描电镜(SEM)上的EBSD装置测定形变强化 1试验方法 相变过程铁素体晶粒的取向，计算取向差并分 试验材料采用由宝钢提供的普通商用低碳 析其分布及变化特征.EBSD试样经电解抛光制 备而成.电解抛光溶液为70%无水乙醇+20%高 收稿日期2001-12-30齐俊杰女，31岁，博士生 氯酸+10%甘油，电压15V,抛光时间1015s. *国家“973”资助项目No.G1998061506)第 2 4 卷 第 2 期 20 2 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e sr iyt o f S e ic n e e a n d eT e h n o fo gy B e 幼in g V bl . 24 N o . 2 AP .r 2 00 2 低碳钢过冷奥氏体形变过程组织演变机制 齐俊杰 ” 杨 王 明 ” 孙祖庆 ” 1)北京科技大学材料科学 与工程学院 ,北京 10 0 0 83 2) 新金属材料 国家重点实验室 , 北京 10 0 0 83 摘 要 低 碳钢 过冷奥 氏体形 变过程 将发生 形变 强化相 变及铁素体的动态再结 晶 ,导 致 晶粒 超细 化 . 与未形变 的过 冷奥 氏体等温 转变相 比 , 形 变极 大地促进 了奥 氏体向铁素体的转 变 , 使 铁 素体形 核率急 剧升 高 , 铁 素体晶粒尺 寸显著 降低 . 形变强 化相变 是一 以 形核 为主 的过程 . 在 形变 后期 , 当形 变强化 相变 铁素体转变基 本完成 后 , 将发生 铁素体的动 态 回复和动态 再结晶 . 比较 不同应 变速率对 组织 演变影 响的结果 表明 , 应变 速率较低条件下 , 易形成 铁素体与第 2 组 织层 状分 布的条带 特征 ; 应 变速率较高时 , 组织 的条带特征不 显著 . 关键词 低碳钢 ; 形变 强化相 变 ; 铁 素体动 态再结 晶 ; 晶粒细化 分 类号 T G 1 1 1 . 5 细化晶粒的热机械处理工艺经历 了从控轧 控冷 `, ’ 到应变诱导相变 【 -24 ,的进展过程 . 通过控 轧控冷可使材料组织细化 的极限尺寸达到 5一 10 卿 `, ’ . “ 应 变诱 导动态转 变 ” 「3,5] 的提出使材料组 织细化的极 限尺 寸达到 1砚 卿le,7] . 而 “ 形变强化 相变 ” ` s]的学术思 路 已被系统 的实验证实为一种 在低碳钢中有效细化铁素体晶粒 的途径 19] . 它强 调奥 氏体向铁素体的转变在温度过冷与变形的 双重条件下进行 , 初始变形温度 r 位 于 A , 与 A 。 之间 , 既 没有先共析铁 素体 的析 出 , 又 大大增 强 奥 氏体 向铁素体 的相变 的驱动力 , 加速相变 过程 的完成 . L e w is lz] , irP es in er l4] , H ulr ey 及 H ed g - so ln 6,v] 等在应变诱 导相变 、 微细组织的获得及形 成规律等方面 进行 了许多深人 的研究 , 但对组 织细化 的机理方面缺乏深入 的理解 . 尤其对于 形变过程铁素体的动态再结晶对晶粒 细化 的贡 献存在许多疑问甚 至否定 的观点 `, , ’ 0] . 本文利用 定量金相分析 、 T E M 及 E B s D ( e l e c tr o n b a c k s c at - te re d di 价ac it on )等分析手段 , 阐述低碳钢过冷奥 氏体形变过程组织演变 , 分析变 形对 相变的极 大促进作用及过冷奥 氏体形变过程 中铁素体动 态再结 晶的行为 , 并讨论 不 同应变速率 的影响 . 1 试验方法 试验材料采用 由宝 钢提供 的普通商用 低碳 收稿日期 2 0 01 一 12 一 3 0 齐 俊杰 女 , 31 岁 , 博士生 * 国家 ` , 7 3 ” 资助项 目困o . G 19 9 8 0 6 1 5 0 6 ) 钢 5 5 4 0 0 , 其成 分 的质 量分 数为 F e刁 . 17 1C 一 0 . 0 9 5 1一 0 . 3 6M n . 将 5 5 4 0 0 粗轧坯改锻后经机加 工 成小 圆柱试样 , 规格为杯 ~ xl Z ~ . 锻造温 度 为 1 10 一9 0 ℃ , 锻后正火 , 正火工艺为 9 0 ℃ , 保温 2 0 m i+n 空 冷 . 压缩实验在 G l e e b l e 1 5 0 0 热 模拟机上 进行 . 试样在 1 0 0 ℃ ( t)^ 保温 10 m in , 得 到平均 晶粒截径 约为 40 卿 的奥 氏 体组织 . 遵循 “ 形变强化相变 ” 的学术思路 71[ , 以 30 ℃ / s 的 冷速冷至 过冷奥 氏体 区 7 50 ℃ (幼进行变形 , 采 用 3 种不 同的形 变速率. : 1 , or 和 30 5 一 , . 变形 后 立即 以 冰水淬火 . 形变后 的试样从 中心 沿压 缩轴方 向剖开 , 用 2 % 一 4% 硝酸酒精溶液浸蚀 , 观察剖面的金相 组 织 . 利用与 L ie ca 金相显微镜相连的定量分析 软件测定铁素体 的转变量 , 每个试 样均选取足 够多个视场 , 并用 网格法 予以对 比校正 . 采用截 线 法测 量形变强 化相变铁素体 晶粒截径 . 铁素 体体积分数和 晶粒截径 的统计均保证相对误差 小于 5% , 统 计置信度在 95 % 以 上 . 切取 电镜薄 膜 试样 , 在一 20 一30 ℃ 双喷减薄 , 双喷液 为 5% H C 10 4+ C H 3 C H 2 0 H 溶液 , 电压 7 5一 1 0 0 V , 电流 50 一65 A . 用 H 8 0 0 透射电镜 观察组织形貌 . 利用 扫描电镜 ( S E M ) 上 的 E B S D 装置测定形 变强 化 相 变过 程铁素体晶粒的取 向 , 计算取 向差并分 析其分布及变化特征 . E B S D 试样经电解抛光制 备而成 . 电解抛光溶液为 70 % 无水 乙醇+2 0% 高 氯酸+l O% 甘油 , 电压 巧 V, 抛 光时间 10 一 15 .5 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 02. 002