淬火冷却速度对碳素钢显微组织的影响
淬火冷却速度对碳素钢显微组织的影响
侯豁然
刘清友
孙新军
董
瀚
(钢铁研究总院)
摘
在Gleeble 2000热模拟实验机上对普通碳素钢C 235进行了不同温度的单道次变形实验, 对变形后
的试样采用三种不同的介质以不同冷却速度进行淬火, 分别为水~ 60C 的干冰酒精溶液和含50%NaCl 的
要
冰盐水, 实验结果表明, 不同冷却速度对淬火后的组织状态影响很大, 在冰盐水中淬火, 钢的淬透性较高, 变形后原始奥氏体状态基本上得到保留, 在干冰酒精中淬火钢的淬透性最差, 关键词
碳素钢
冷却速度
显微组织
变形诱导铁素体相变
*
EFFECT OF COOLING RATE DURING OUENC ING ON T E MICROSTRUCTURES OF CARBON STEEL
HOU Huoran
iU Cingyou
SUN Xinjun
DONG Han
(Central iron and Steel research institute )
ABSTRACT
The single pass compression tests at different temperatures were carried out on
a Gleeble 2000thermomechnical simulator for steel C 235guenched immediately after deformation into different guenching media such as water , 60C dry ice alcohol solution and ice -salt water with 50%NaCl . The results show that the microstructure depends on the cooling rate . The hardenbility of the steel is high when guenching in the ice -salt water , the original austenite is maintained mainly after guenching except some ferrite exists at the center of the samples . The hardenbility of the steel guenched in dry ice is the lowest . KEY WORDS transformation
1
前言
在我国进行的 新一代钢铁材料的重大基础研究973项目中通过新的工艺得到晶粒尺寸为 ~2
pm 的组织, 使钢的性能大幅度提高, 对于碳素钢来说, 在不改变原有的化学成分基础上, 屈服强度达到400Mpa 以上, 变形诱导铁素体相变被认为是一项最为有效的细化铁素体晶粒的机制之一,
对于低碳碳素钢, 一部分人认为碳素钢的强度提高~晶粒细化是由于变形诱导铁素体相变机制起作用 , 2 而其他观点 3, 4 认为细晶组织的形成是由于变形强化相变机制起作用, 这二种观点有较大的差别, 为研究碳素钢晶粒细化的主要形成机制, 对变形后的组织状态加以研究是最有效最直观的方法,
由于碳素钢抑制铁素体析出的临界冷却速度很大, 虽然变形后立即淬火, 但很难将其变形后的高温组织固定下来, 但目前人们研究碳素钢的变形诱导相变时, 仍然将变形后淬火作为研究高温组织的主要方法之一, 通过测量变形后的冷却膨胀曲线提供了变形诱导铁素体相变的间接证据 , 2 , 也有在实验室对碳素钢变形后以不同冷却速度淬火进行比较 5 , 在Gleeble 热模拟实验机上进行变形试验时, 由于试验条件特别是淬火介质不同, 试样的淬火冷却速度会有很大变化, 所以得到的淬火组织变化也很大, 因此, 研究低碳碳素钢变形后的组织时实验方法特别是冷却速度是至关重要的, 实验方法
plain steel ,
cooling rate ,
microstructures ,
deformation induced ferrite
*
联系人 侯豁然, 高级工程师, 北京( 00004)
中信微合金化技术中心
第1期侯豁然等:淬火冷却速度对碳素钢显微组织的影响
-45-
实验材料为攀钢冶炼的C 235钢 化学成分(%) 为:C 0. 12 Si 0. 24 Mn 0. 34 P 0. 018 S 0. 010G Ar 3约为680C G 根据成分计算 该钢的Ae 3为860C G
热变形实验在首钢Gleeble 热模拟实验机上进行 实验为单道次单轴压缩实验 试样尺寸为Z 10mm >15mm G 变形结束后立即(1. 5s 内) 取下试样落入容器(300mL ) 中淬火G 采用3种淬火介质:水 -60C 干冰酒精和50%NaCl 冰盐水G
热变形实验条件为:在2min 内加热到1050C 保温30min 随后以5C /s 冷却到不同变形温度后保温30s 然后变形G
试样的观察部位十分重要 不同的部位其组织区别非常大G 将试样沿轴向从中心切开 然后进行金
相观察 分别为试样磨面的边部和中心G 33. 1
实验结果和讨论在水中淬火
图1为试样在900C 和800C 以10s -1应变速率经30%变形后立即水淬的显微组织 给出了试样心部和边部形貌G 可以看出试样心部和边部组织有一定差异G 如图1的(a ) 和(b ) 试样在900C 变形 边部基本上为马氏体/贝氏体 只有少量的先共析铁素体组织在原奥氏体晶界处析出; 心部的铁素体量有所增加G 当变形温度为800C 时 如图1(c ) ~(d ) 组织结构同900C 时没有较大差别 边部的铁素体量比心部的铁素体量增多G 本实验中 低碳碳素钢变形在水中淬火后析出的先共析铁素体基本上为魏氏组织型铁素体 且沿原奥氏体晶界析出
G
图1试样在900C 和800C 以10s -1应变速率经30%变形后在水中淬火的显微组织
Microstructures of samples reduction of 30%at 900C and 800C with
-1
strain rate of 10s and guenched in water after deformation
Fig . 1
(a ) 900C 心部; (b ) 900C 边部; (c ) 800C 心部; (d ) 800C 边部
当温度为800C 时 无论是边部和心部其先共析的铁素体量都比900C 时多 而且晶粒尺寸都明显增大G 亚共析钢在连续冷却过程中 如果冷却速度低于铁素体析出的临界冷却速度 将会发生从奥氏体中析出先共析铁素体的相变G 在水中淬火 即使是在试样的边部仍然有先共析的铁素体出现 说明冷却速度较低 碳素钢在水中的淬透性较差G 3. 2
在干冰酒精溶液中淬火
图2为试样在900C 和800C 以10s -1应变速率经30%变形后立即淬火的显微组织 淬火介质为-60C 的干冰酒精溶液G 试样心部和边部的组织没有明显差别 为铁素体和珠光体混合组织G 但当变形温度为900C 时 如图2(a ) 铁素体为等轴状且晶粒尺寸较大 珠光体含量多而且珠光体团的尺寸大; 变形温度降低 如图2(b ) 铁素体由等轴化逐渐
变
图2Fig . 2
试样在900C 和800C 以10s -1应变速率经30%变形后在干冰酒精中淬火的显微组织Microstructures of samples guenched in -60C
dry ice alcohol solution after deformation at 900C and 800C with strain rate of 10s -1and reduction of 30%
(a ) 900C ; (b ) 800C
46
钢铁
第39卷
成拉长且晶粒尺寸减小 珠光体尺寸和含量都明显减少O
从图2中可见 与在水中淬火相比 虽然干冰酒精溶液温度很低C - 0C D 但试样在其中的冷却速度却极低 高温的奥氏体组织全部转变成铁素体-珠光体组织 对研究低碳碳素钢在变形诱导铁素体相变过程中的组织演变十分不利O 3. 3
在冰盐水中淬火
图3为试样在900C 以10s -1应变速率30%变形后立即放入含有50%NaCl 的冰盐水中淬火的
显微组织 给出了试样边部~距边部1/2处和心部的形貌 试样经变形后厚度为10. 5mm O 可以看出试样心部和边部组织差异较大O 试样边部全部为马氏体/贝氏体组织 没有先共析铁素体析出; 距边部1/2处组织基本上为马氏体/贝氏体组织 有少量先共析铁素体形成; 心部组织中铁素体含量略有增加O 先共析铁素体基本上为魏氏组织型铁素体和少量块状铁素体 且沿原奥氏体晶界析出O
比较图1C 在水中淬火D 和图2C 在冰盐水中淬火D 可发现 低碳铁素钢在冰盐水中的淬透性增加
图3Fig . 3
试样900C 10s -1应变速率30%变形在冰盐水中淬火的显微组织Microstructures of samples guenched in ice -salt water after deformation
-1
at 900C with strain rate of 10s and reduction of 30%
C a D 边部; C 1D 距边部1/2; C c D
心部
不仅淬火介质对钢的淬透性有很大影响 试样的尺寸效应对冷却速度也有影响 因此对最后的组织观察结果影响也很大O 其他变形条件相同 变形量增大为70% 试样经变形后厚度为4. 5mm C 比10. 5mm 薄很多D 图4给出了试样边部和心部的形貌O 试样的边部全部为马氏体/贝氏体板条状组织 在试样的心部大部分为淬火态的马氏体/贝氏体板条状组织 只有极少量铁素体形成 而且铁素体的形貌发生变化O 粗大的魏氏组织明显减少 铁素体晶
图4Fig . 4
900C 以10s -1应变速率70%变形在冰盐水中淬火的显微组织Microstructures of samples guenched in ice -of 10s
-1
粒尺寸很小O
比较图3和图4的组织状态可以发现 当变形量小的时候 其试样尺寸较大 则淬火时冷却速度降低 在边部能够得到淬火后的组织 把高温的组织保留下来 但心部的冷却速度不够 所以仍然有较多的且尺寸较大的先共析铁素体析出O 若变形量提高 试样尺寸减小 则淬火时冷却速度加快 在边部能够得到淬火后的组织 把高温的奥氏体组织保留下来 心部的冷却速度也增大 先共析铁素体析出量明显减少O
C 下转第71页D
salt water after deformation at 900C with strain rate
and reduction of 70%
C a D 边部; C 1D 心部
钢在盐水中的冷却速度比在水中几乎可提高两倍[ ]O 边部的冷却速度快 淬火后可得到全部的淬火组织 即使在心部冷却速度降低 先共析铁素体的含量和晶粒尺寸都减小O
第1期
[**************]15
徐德祥等:高强度弹簧钢的发展现状和趋势
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(上接第46页)
4
结语
态基本上得到保留, 只是在心部有极少量铁素体析出O 在干冰酒精中淬火钢的淬透性最差O 淬火介质对研究变形后的显微组织至关重要, 这对研究碳素钢变形诱导相变是非常关键的O
通过以3种不同的介质淬火后不同的冷却速度对C 235钢变形淬火后的显微组织进行观察, 发现不同淬火介质对淬火后的组织状态影响很大O 在冰盐水中淬火, 钢的淬透性较高, 变形后原始奥氏体状
参
123456
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淬火冷却速度对碳素钢显微组织的影响
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
侯豁然， 刘清友， 孙新军， 董瀚钢铁研究总院钢铁
IRON & STEEL2004,39(1)2次
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引用本文格式：侯豁然. 刘清友. 孙新军. 董瀚 淬火冷却速度对碳素钢显微组织的影响[期刊论文]-钢铁 2004(1)