D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.07.009 第29卷第7期 北京科技大学学报 Vol.29 No.7 2007年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2007 冷轧退火对共析珠光体钢组织球化超细化的影响 冯志明杨王嚼 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了冷轧变形并结合退火处理对共析钢组织球化超细化与性能的影响·结果表明：共析钢经冷轧形变量90%结 合600~700℃退火得到了晶粒尺寸为亚微米级铁素体晶粒和颗粒状渗碳体的双相组织.颗粒状渗碳体的尺寸呈双峰分布· 与传统球化处理工艺相比，球化时间明显缩短，球化组织细小：其原因是在冷变形过程中产生了高密度位错以及大量空位等 缺陷，为碳原子的扩散提供了高速率扩散通道，促进了碳原子的扩散：细小渗碳体粒子在铁素体基体上的弥散分布可以用溶 解一再析出机制来解释.冷轧后经700℃退火试样的拉伸塑性略有下降，屈服强度和抗拉强度大幅度提高，但屈强比较高， 关键词共析钢：冷轧：超细晶：球化处理：再结晶退火 分类号TG142.1 近年来，对金属和合金进行大塑性变形(severe 行了研究，力图阐明其形成的微观机理，探索提高钢 plastic deformation,SPD)作为一种获得纳米晶及超 的综合性能、简化工艺、提高生产效率的途径 细晶复相组织的方法被广泛关注山.20世纪90年 代，俄罗斯Ufa州州立大学高等材料物理研究所的 1实验方法 Valiev领导的研究小组采用等通道角挤压法(equal 实验所用T8碳素工具钢为Fe一0.84C一 channel anagular pressing,ECAP)和高压扭转(high 0.20Si0.13Mn0.05P0.004s.将60mm的圆 pressure torsion,HPT)两种SPD工艺制备纳米晶及 钢坯预先锻成40mmX12mm的厚板形试样，然后 超细晶金属3]，许多研究表明，单相纳米晶及超细1300℃保温10mim奥氏体化，在热轧机上四道次轧 晶材料具有高的强度低的塑性，但低的加工硬化能 制，终轧温度控制在900℃以上，轧后空冷至室温， 力限制了它作为结构材料的使用可].多相纳米晶 制成40mm×3mm的薄板形试样，在冷轧机上进行 及超细晶材料的设计和制备是一个很有实际意义的 多道次大变形量（累积压下量为90%）冷轧，轧后的 领域，它通过对多相超细晶组织的控制，有利于材料 钢板厚度为0.3mm,经冷轧后薄板没有任何裂纹， 的应变硬化能力的提高，有利于强度和塑性的提高 表面平整.试样在600℃和700℃进行退火处理，退 及两者的优化结合门， 火时间10~120min.退火后试样经机械抛光，然后 T8钢是常用的普通碳素工具钢，主要用于制 用3%~4%的硝酸酒精侵蚀显现微观组织，在 造承受振动和冲击负荷、要求足够韧性和较高硬度 ZEISS-SUPRA55型场发射扫描电子显微镜下观察 的工具，如简单模具、冲头、剪刀、木工工具等，T8 显微组织形貌，使用Image-一ool软件对晶粒尺寸进 的传统球化退火需要很长的时间，而且球化的时间 行测定 和温度不易控制，需要反复球化才能达到均匀的效 通过室温拉伸实验来获得冷轧板和冷轧退火板 果，生产效率比较低8] 的力学性能.在MTS810力学性能试验仪上进行 共析珠光体钢是一种复合材料.本文利用SPD 拉伸实验，拉伸试样工作标距为l5mm×8mm,拉 技术，对普通片状珠光体共析钢进行了多道次大压 伸方向平行于板的轧制方向，应变速率为 下量室温轧制，结合轧后再结晶退火获得了细小渗 1×10-3s-1. 碳体颗粒弥散分布在亚微米级铁素体基体上的复相 组织，对其显微组织演变、碳化物析出及分布特点进 2实验结果与分析 收稿日期：2006-03-09修回日期：2006-11-15 2.1冷轧共析钢的显微组织形貌 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na.50471092):教有部博士 实验所用T8碳素工具钢，经过热轧后全为珠 点基金资助项目(No.20050008017) 光体组织.测量珠光体的平均片间距0.28m·图1 作者简介：冯志明(1980一)男，硕士研究生：杨王塑(1946一)，女， 教授，博士生导师 为片状珠光体的SEM显微组织照片.片状珠光体冷轧退火对共析珠光体钢组织球化超细化的影响 冯志明 杨王 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 研究了冷轧变形并结合退火处理对共析钢组织球化超细化与性能的影响．结果表明：共析钢经冷轧形变量90％结 合600～700℃退火得到了晶粒尺寸为亚微米级铁素体晶粒和颗粒状渗碳体的双相组织．颗粒状渗碳体的尺寸呈双峰分布． 与传统球化处理工艺相比‚球化时间明显缩短‚球化组织细小；其原因是在冷变形过程中产生了高密度位错以及大量空位等 缺陷‚为碳原子的扩散提供了高速率扩散通道‚促进了碳原子的扩散．细小渗碳体粒子在铁素体基体上的弥散分布可以用溶 解－再析出机制来解释．冷轧后经700℃退火试样的拉伸塑性略有下降‚屈服强度和抗拉强度大幅度提高‚但屈强比较高． 关键词 共析钢；冷轧；超细晶；球化处理；再结晶退火 分类号 TG142∙1 收稿日期：2006-03-09 修回日期：2006-11-15 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50471092）；教育部博士 点基金资助项目（No．20050008017） 作者简介：冯志明（1980－）‚男‚硕士研究生；杨王 （1946－）‚女‚ 教授‚博士生导师 近年来‚对金属和合金进行大塑性变形（severe plastic deformation‚SPD）作为一种获得纳米晶及超 细晶复相组织的方法被广泛关注［1］．20世纪90年 代‚俄罗斯 Ufa 州州立大学高等材料物理研究所的 Valiev 领导的研究小组采用等通道角挤压法（equal channel anagular pressing‚ECAP）和高压扭转（high pressure torsion‚HPT）两种 SPD 工艺制备纳米晶及 超细晶金属［2］．许多研究表明‚单相纳米晶及超细 晶材料具有高的强度低的塑性‚但低的加工硬化能 力限制了它作为结构材料的使用［3－6］．多相纳米晶 及超细晶材料的设计和制备是一个很有实际意义的 领域‚它通过对多相超细晶组织的控制‚有利于材料 的应变硬化能力的提高‚有利于强度和塑性的提高 及两者的优化结合［7］． T8A 钢是常用的普通碳素工具钢‚主要用于制 造承受振动和冲击负荷、要求足够韧性和较高硬度 的工具‚如简单模具、冲头、剪刀、木工工具等．T8A 的传统球化退火需要很长的时间‚而且球化的时间 和温度不易控制‚需要反复球化才能达到均匀的效 果‚生产效率比较低［8］． 共析珠光体钢是一种复合材料．本文利用 SPD 技术‚对普通片状珠光体共析钢进行了多道次大压 下量室温轧制‚结合轧后再结晶退火获得了细小渗 碳体颗粒弥散分布在亚微米级铁素体基体上的复相 组织‚对其显微组织演变、碳化物析出及分布特点进 行了研究‚力图阐明其形成的微观机理‚探索提高钢 的综合性能、简化工艺、提高生产效率的途径． 1 实验方法 实验 所 用 T8A 碳 素 工 具 钢 为 Fe－0∙84C－ 0∙20Si－0∙13Mn－0∙05P－0∙004S．将●60mm 的圆 钢坯预先锻成40mm×12mm 的厚板形试样．然后 1300℃保温10min 奥氏体化‚在热轧机上四道次轧 制‚终轧温度控制在900℃以上‚轧后空冷至室温‚ 制成40mm×3mm 的薄板形试样‚在冷轧机上进行 多道次大变形量（累积压下量为90％）冷轧‚轧后的 钢板厚度为0∙3mm．经冷轧后薄板没有任何裂纹‚ 表面平整．试样在600℃和700℃进行退火处理‚退 火时间10～120min．退火后试样经机械抛光‚然后 用3％ ～4％ 的硝酸酒精侵蚀显现微观组织‚在 ZEISS－SUPRA55型场发射扫描电子显微镜下观察 显微组织形貌‚使用 Image－tool 软件对晶粒尺寸进 行测定． 通过室温拉伸实验来获得冷轧板和冷轧退火板 的力学性能．在 MTS－810力学性能试验仪上进行 拉伸实验‚拉伸试样工作标距为15mm×8mm‚拉 伸 方 向 平 行 于 板 的 轧 制 方 向‚应 变 速 率 为 1×10－3s －1． 2 实验结果与分析 2∙1 冷轧共析钢的显微组织形貌 实验所用 T8A 碳素工具钢‚经过热轧后全为珠 光体组织．测量珠光体的平均片间距0∙28μm．图1 为片状珠光体的 SEM 显微组织照片．片状珠光体 第29卷 第7期 2007年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．7 Jul．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．07．009