對Fe-0.9C-1.4Si-1.6Mn-0.8Cr-0.2Mo-0.25Al鋼錠分別進(jìn)行冷軋與熱軋變形處理，再進(jìn)行850~1100℃奧氏體化處理和300℃等溫處理，研究了軋制預(yù)變形和奧氏體化溫度對顯微組織和拉伸性能的影響。結(jié)果表明：經(jīng)950℃奧氏體化后，冷軋預(yù)變形鋼主要由貝氏體鐵素體和殘余奧氏體組成，熱軋預(yù)變形鋼則由貝氏體和殘余奧氏體組成，相比于未預(yù)變形鋼，殘余奧氏體含量減少；冷軋變形可同時提高鋼的抗拉強度和斷后伸長率，熱軋變形則會降低斷后伸長率。當(dāng)奧氏體化溫度在850~1050℃時，冷軋預(yù)變形鋼的殘余奧氏體含量變化不大，當(dāng)奧氏體化溫度為1100℃時，殘余奧氏體含量減少并出現(xiàn)片狀魏氏體鐵素體；隨著奧氏體化溫度升高，冷軋預(yù)變形鋼的抗拉強度和斷后伸長率先略微增大后減小，當(dāng)奧氏體化溫度為950℃時達(dá)到最大。
1、試樣制備與試驗方法
試驗材料為Fe-0.9C-1.4Si-1.6Mn-0.8Cr-0.2Mo-0.25Al(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)鋼錠。在鋼錠上切割出厚度為6mm的鋼板，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測得其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)為0.92C，1.38Si，1.67Mn，0.81Cr，0.22Mo，0.24Al，余Fe。
采用四輥可逆式冷軋機對試驗鋼板進(jìn)行4道次冷軋變形處理，加工成厚度為3mm 的冷軋預(yù)變形鋼板。另外，采用二輥熱軋機對試驗鋼板進(jìn)行4道次熱軋變形處理，開軋溫度為1120℃，終軋溫度為890℃，加工成厚度為3 mm的熱軋預(yù)變形鋼板。將未預(yù)變形試驗鋼板、冷軋預(yù)變形鋼板和熱軋預(yù)變形鋼板在950℃進(jìn)行奧氏體化處理，保溫0.5h，隨后置于鹽浴爐中進(jìn)行300℃×1h的等溫處理，空冷至室溫。根據(jù)組織和強塑積，確定出較佳的變形工藝，采用該變形工藝對試驗鋼板進(jìn)行預(yù)變形處理，再在不同溫度(850~1100℃)下進(jìn)行奧氏體化和等溫處理，工藝參數(shù)同前。
采用線切割方法從未預(yù)變形鋼板和軋制預(yù)變形鋼板上截取尺寸為15mm×15mm×15mm的試樣，用牙托粉鑲嵌，砂輪打磨掉表面加工痕跡后，采用60#~1500#二氧化硅砂紙逐級打磨，再用金剛石研磨膏拋光，清洗吹干，用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液腐蝕至表面發(fā)灰，在 光學(xué)顯微鏡上觀察顯微組織；采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察微觀形貌。用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析，并用附帶的Jade6.5軟件計算殘余奧氏體含量(體積分?jǐn)?shù))。
采用線切割方法在鋼板上截取尺寸為110mm×11mm×3mm的拉伸試樣，標(biāo)距為30mm，根據(jù)GB/T 228.1—2010，在電子萬能試驗機上進(jìn)行室溫拉伸試驗，拉伸速度為2mm·min-1，測3個試樣取平均值。
2、試驗結(jié)果與討論
2.1 預(yù)變形對顯微組織和拉伸性能的影響
由圖1可見：經(jīng)奧氏體化和等溫處理后，形試驗鋼的顯微組織由貝氏體鐵素體(BF)、薄膜狀和塊狀殘余奧氏體(RA)組成；冷軋預(yù)變形試驗鋼的顯微組織由細(xì)小的貝氏體鐵素體條束和薄膜狀殘余奧氏體組成；熱軋預(yù)變形試驗鋼的顯微組織由粗且長的貝氏體束和塊狀殘余奧氏體組成，塊狀殘余奧氏體尺寸相對未預(yù)變形試驗鋼要小。
由圖2可見，經(jīng)奧氏體化和等溫處理后，未預(yù)變形、冷軋預(yù)變形和熱軋預(yù)變形試驗鋼的物相都主要由體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體和面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體組成。采用衍射儀法對衍射峰強度進(jìn)行計算，得到未預(yù)變形、冷軋預(yù)變形和熱軋預(yù)變形試驗鋼中的殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)分別為19.01%，11.21%，12.70%。可見冷軋預(yù)變形和熱軋預(yù)變形均可以降低試驗鋼中殘余奧氏體含量。這主要是因為變形會使試驗鋼中產(chǎn)生高密度位錯，為貝氏體鐵素體形核創(chuàng)造有利條件，從而加速等溫貝氏體轉(zhuǎn)變，減少殘余奧氏體含量。
表1 奧氏體化和等溫處理后未預(yù)變形、熱軋和冷軋預(yù)變形試驗鋼的室溫拉伸性能
由表1可知：經(jīng)奧氏體化和等溫處理后，冷軋預(yù)變形試驗鋼的抗拉強度、斷后伸長率和強塑積分別較未預(yù)變形試驗鋼提高了42.6%，134.5%，234.7%；熱軋預(yù)變形試驗鋼的抗拉強度較未預(yù)變形試驗鋼提高27.9%，但是斷后伸長率和強塑積都小于未預(yù)變形試驗鋼。奧氏體化和等溫處理后，冷軋預(yù)變形鋼中的貝氏體鐵素體條束較為細(xì)小，殘余奧氏體含量較少且多為薄膜狀，因此其抗拉強度和斷后伸長率都有所提高；熱軋預(yù)變形鋼中的貝氏體束粗且長，殘余奧氏體多呈塊狀，因此抗拉強度升高而塑性降低。綜上可知，冷軋預(yù)變形試驗鋼的組織更加細(xì)小，且強塑積最大，故后文以冷軋預(yù)變形試驗鋼作為研究對象，研究奧氏體化溫度的影響。
2.2 奧氏體化溫度對顯微組織與拉伸性能的影響
由圖3可知：當(dāng)奧氏體化溫度在850~1050℃時，冷軋預(yù)變形試驗鋼的組織為貝氏體鐵素體、薄膜狀/塊狀殘余奧氏體和少量馬氏體；當(dāng)奧氏體化溫度升高至1100℃時，除貝氏體鐵素體和殘余奧氏體外，還出現(xiàn)少量沿粗大原奧氏體晶界生長的片狀魏氏體鐵素體(WF)；此外，當(dāng)奧氏體化溫度為950℃時，貝氏體鐵素體的尺寸相對較小，薄膜狀殘余奧氏體的尺寸相對較大，而當(dāng)奧氏體化溫度為1100℃時，貝氏體鐵素體的尺寸相對較大，薄膜狀殘余奧氏體的尺寸相對較小。
由圖4可知，冷軋預(yù)變形試驗鋼的平均晶粒尺寸隨奧氏體化溫度的升高而增大，這可能與鋼中第二相粒子溶解造成對奧氏體晶粒粗化的抑制作用減弱有關(guān)。
由圖5可見，不同溫度奧氏體化和等溫處理后，冷軋預(yù)變形試驗鋼的物相組成相同，均主要為奧氏體和鐵素 體。計算得到當(dāng)奧氏體化溫度分別為850，900，950，1000，1050，1100℃時，試驗鋼中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)分別約為12.9%，11.8%，12.2%，11.6%，12.6%，5.4%。可見850~1050℃溫度范圍的奧氏體化處理對試驗鋼中殘余奧氏體含量影響不大，但是當(dāng)奧氏體化溫度升高至1100℃時，殘余奧氏體含量明顯減少。這主要是因為經(jīng)1100℃奧氏體化后，試驗鋼中形成了粗大的殘余奧氏體和片狀魏氏體鐵素體，粗大奧氏體晶粒會加速貝氏體束長大并在一定程度上會提升貝氏體轉(zhuǎn)變量。
由圖6可知，隨著奧氏體化溫度升高，冷軋預(yù)變形試驗鋼的抗拉強度和斷后伸長率整體呈現(xiàn)先略微增大后減小的趨勢，且均在奧氏體化溫度為950℃時達(dá)到最大，強塑積達(dá)到31.63GPa·%。這主要是因為當(dāng)奧氏體化溫度在950℃時，試驗鋼中的奧氏體晶粒和貝氏體鐵素體尺寸較小，同時在拉伸時產(chǎn)生了殘余奧氏體相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)。在850~900℃奧氏體化并等溫處理后，試驗鋼的抗拉強度和斷后伸長率高于在1000~1100℃奧氏體化并等溫處理后，這是因為在較低奧氏體化溫度下，試驗鋼的奧氏體晶粒和貝氏體鐵素體尺寸較為細(xì)小且殘余奧氏體含量較高；此外，當(dāng)奧氏體化溫度升高到1100℃時形成的粗大魏氏體鐵素體會進(jìn)一步降低試驗鋼的強度和塑性。
3、結(jié) 論
(1)經(jīng)950℃奧氏體化和300℃等溫處理后，未預(yù)變形試驗鋼的顯微組織由貝氏體鐵素體、薄膜狀和塊狀殘余奧氏體組成，冷軋預(yù)變形試驗鋼由細(xì)小的貝氏體鐵素體條束和薄膜狀殘余奧氏體組成，熱軋預(yù)變形試驗鋼則由粗大的貝氏體束與塊狀殘余奧氏體組成，塊狀殘余奧氏體尺寸小于未預(yù)變形試驗鋼；預(yù)變形處理可降低試驗鋼組織中殘余奧氏體含量。
(2)經(jīng)850~1050℃奧氏體化和300℃等溫處理后，冷軋預(yù)變形試驗鋼的組織均由貝氏體鐵素體、薄膜狀/塊狀殘余奧氏體和少量馬氏體組成，殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)在11.6%~12.9%，變化不大，但當(dāng)奧氏體化溫度升高至1100℃時，殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)降低至5.4%，并且組織中還出現(xiàn)少量片狀魏氏體鐵素體；冷軋預(yù)變形試驗鋼的平均晶粒尺寸隨奧氏體化溫度升高而增大。
(3)經(jīng)950℃奧氏體化和300℃等溫處理后，冷軋預(yù)變形試驗鋼的抗拉強度、斷后伸長率和強塑積分別較未預(yù)變形試驗鋼提高 42.6%，134.5%，234.7%，熱軋預(yù)變形試驗鋼的抗拉強度較未預(yù)變形試驗鋼提高，但是斷后伸長率和強塑積都減小；隨奧氏體化溫度的升高，冷軋預(yù)變形試驗鋼的抗拉強度和斷后伸長率均先略微增大后減小，當(dāng)奧氏體化溫度為950℃時均達(dá)到最大。
引用本文：
趙秋紅，王慶芬，馬到原.軋制預(yù)變形和奧氏體化溫度對貝氏體鋼顯微組織與拉伸性能的影響[J].機械工程材料，2023，47（7）：62-66，71.
Zhao Q H, Wang Q F, Ma D Y.Effect of Rolling Pre-deformation and Austenitizing Temperature on Microstructure and Tensile Properties of Bainitic Steel, 2023, 47（7）: 62-66，71.
DOI:10.11973/jxgccl202307010
