浙江至德鋼業有限公司主要針對雙相鋼影響先共析轉變過程的因素進行分析,影響先共析轉變過程的因素主要有奧氏體晶粒尺寸、冷卻速度以及碳含量,結合雙相鋼碳含量固定為0.07%的情況下,主要研究奧氏體晶粒尺寸及冷卻速度對先共析過程的影響。同時分析奧氏體溫度不同,導致快速大量析出鐵素體的情況下,對后續相變過程的影響。



一、實驗材料與實驗設備


  雙相鋼選用國家重點實驗室真空冶煉爐冶煉,化學成分如表2-3所示。為避開鋼板中心偏析,選取鋼板寬度1/2處進行取樣,機械加工成Φ3mmx10mm的圓柱形試樣,如圖2-6所示。


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   實驗在全自動相變儀Formaster-FII實驗機上進行。Formaster-FII是一臺可以測試鋼、鐵等金屬材料靜態相變溫度的儀器,其測量范圍很寬,為-150~1400℃.相變儀采用高頻感應加熱和氣體噴霧冷卻來實現溫度的精確控制,采用普通銅管噴嘴進行冷卻,以及差動相變測定系統進行膨脹測量。實驗前在電焊機上將R型熱電偶焊在試樣凹槽的正中心,并用絕緣管將熱電偶套裝,以免實驗過程中兩根熱電偶接觸,影響加熱效果,實驗在真空系統中進行,一般冷卻氣體為氮氣。


二、實驗方法


  圖3-1a為淬火實驗工藝,將尺寸為Φ3mmx10mm的圓柱狀熱模擬試樣,10℃/s的加熱速度,分別加熱至900℃、1000℃、1100℃、1200℃,保溫300s,以20℃/s速度降至810℃,保溫30s,淬火至室溫;右圖為連續冷卻實驗工藝,與淬火實驗工藝一樣,只是在810℃,保溫后以 1℃/s 冷卻至室溫。



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三、實驗結果及分析


1. 金相組織分析


  圖3-2為熱模擬雙相鋼試樣淬火后,用苦味酸腐蝕的微觀組織,可以認為對應于連續冷卻轉變實驗后的相同奧氏體化溫度的相變前奧氏體晶粒。奧氏體化溫度為900℃時,原奧氏體晶粒尺寸為30μm;奧氏體化溫度為1000℃時,原奧氏體晶粒尺寸為41μm;奧氏體化溫度為1100℃時,原奧氏體晶粒尺寸為45μm;奧氏體化溫度為1200℃時,原奧氏體晶粒尺寸為53μm.隨著奧氏體化溫度的增加,其他條件相同的情況下,晶粒尺寸增加顯著。


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  圖3-3為實驗雙相鋼試樣連續冷卻轉變后的金相組織,主要為鐵素體和珠光體組織。奧氏體化溫度為900℃時,鐵素體晶粒尺寸為18μm;奧氏體化溫度為1000℃時,鐵素體晶粒尺寸為23μm;奧氏體化溫度為1100℃時,鐵素體晶粒尺寸為27μm;奧氏體化溫度為1200℃時,鐵素體晶粒尺寸為30μm。


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   圖3-4反映的是雙相鋼在相變前后,不同奧氏體化溫度晶粒尺寸變化規律,保溫溫度增高奧氏體晶粒尺寸呈現線性的增大,同時,對比相變前、后的組織,可以看出鐵素體晶粒尺寸相對于原奧氏體晶粒尺寸具有良好的繼承性,即原始奧氏體晶粒尺寸越細小,相變后的鐵素體晶粒尺寸也越趨于細小。


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2. 相變動力學曲線與硬化指數分析


  將實驗過程中所測得的線膨脹曲線,轉化為圖3-5中表觀意義上的相變動力學曲線,即新相體積分數f與相變時間t的函數關系曲線。從圖中可以看出,各種奧氏體化溫度條件下的相變總時間差別不大,產生新相的平均速度差別也不大。為此本文采用新相體積分數達到40%的時間來表示相變速度,即反映相變前期的平均速度。


 從圖3-5中,可以看出,奧氏體化溫度越小,對應的相變時間越短。同樣我們可以理解,原始奧氏體晶粒尺寸越小,對應的相變速度越快。由此我們可以得到,原始奧氏體晶粒尺寸對相變總時間影響不大;而原始奧氏體晶粒尺寸對相變前期影響比較明顯,即奧氏體晶粒尺寸影響著先共析轉變過程,隨著奧氏體晶粒尺寸的減小,相變前期速度加快,鐵素體更為快速地析出。


 基于硬化動力學方程,可將“相變量-時間”函數關系f-t曲線轉化為Inln(1/1-f)-Int曲線。如圖3-6所示,通過對曲線進行分析,可以發現,在奧氏體化溫度為900℃時,棱邊鐵素體析出體積分數最多。根據上述分析,在其他條件相同的條件下,減小相變前奧氏體晶粒尺寸,能夠同時促進棱邊鐵素析出量和析出速度。所以,奧氏體晶粒越細小,棱邊鐵素體的析出速度相對越快,棱邊鐵素體析出飽和時對應的體積分數越大。