低碳锰钢强韧化机制的研究

行了研究。结果表明, 具有铁素体和贝氏体复相组织的低碳锰钢具有较高的强度和良好的韧性。贝氏体相变强
化对低碳锰钢屈服强度的贡献可达 30% , 贝氏体铁素体板条的细化和铁素体亚晶的存在可以降低碳锰钢的脆性
转变温度。具有铁素体和贝氏体复相组织的低碳锰钢除了固溶强化之外, 主要强化机制为细晶强化和贝氏体相 变强化。
L I Long1, TANG Zheng you1, D ING H ua1, 2, DU L in x iu2, SONG H ong m e i3, ZHANG P i jun3
( 1. Schoo l o fM aterials and M etallurgy, N ortheastern Un iversity, Shenyang L iaon ing 110004, Ch ina;
因此屈服强度可以表示为:
s = 15. 7[ 3. 5+ 2. 1w ( M n) + 5. 4w ( Si)
关键词: 低碳锰钢; 贝氏体; 力学性能; 强化A 文章编号: 0254 6051( 2007) 11 0015 04
Strengthening and Toughening M echanism of L ow Carbon M anganese Steels
本文以不同锰含量的 4 种低碳锰钢为对象, 通过 控制变形参数和冷却条件获得具有不同晶粒尺寸的铁 素体和不同含量的珠光体或贝氏体组织, 通过测定不
性的贡献。
1 试验材料及方法
试验材料为宝山钢铁公司提供的低碳锰钢。其化 学成分 ( 质量分数, % ) 为: 0 09~ 0 1C、0 16~ 0 20S、i 0 75~ 1 49M n、0 005S、0 008P、0 0016N。经真空 感 应熔炼获得铸锭, 锻造成 H B L = 50 mm 100 mm
Abstract: C ontro lled ro lling and con tro lled coo ling experim ents under various techno logy param eters have been carried
out on low carbon m anganese steels. OM and TEM observat ions indicated that the good com binat ion of strength and
ture as w e ll as so lut ion streng then ing.
K ey w ord s: low carbon m anganese stee;l ba in ite; m echanical propert ies; streng then ing m echan ism 低碳锰钢的综合力学性能取决于铁素体晶粒大 同组织形态钢材的力学性能, 定量分析了固溶强化、细
d/ m
82 68 85 54 85 80 85 83
P或 B的体积分数 (% )
17 1 13 2 10 9 13 5 19 8 33 2 15 0 25 0
常温冲击韧度 / J∀ cm - 2
140 2 161 6 279 7
247 5 267 5 333 8 313 8
图 1 试验钢的金相组织照 片
b /M Pa
457 2 456 1 456 5 480 0 481 4 539 0 502 4 540 0
!5 ( % )
35 36 5
38 27 4
32 29 29 3 24 6
s/ b
0 75 0 77 0 74 0 81 0 77 0 77 0 80 0 83
组织组成
F+ P F+ P F+ B F+ P F+ B F+ B F+ B F+ B
m 之间。
表 2 试验钢的 力学性能及微观参量数据
Tab le 2 M ech an ical propert ies and m icro param eters of the tested steels
样号
11 12 21 22 31 32 41 42
s /M Pa
342 8 351
337 7 387 9 369 9 417 1 400 8 450 1
the ex istence of sub g rain decreased the brittle transit ion tem perature o f the tested stee.l F ine grain streng then ing and
ba in ite streng then ing is the prim ary streng then ing m echanism for the low carbon m anganese steel w ith duplex m icrostruc
低碳锰钢强韧化机制的研究
李 龙 1, 唐正友 1, 丁 桦 1, 2, 杜林秀 2, 宋红梅 3, 张丕军3
( 1. 东北大学 材料与冶金学院, 辽宁 沈阳 110004; 2. 东北大学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,
辽宁 沈阳 110004; 3. 宝钢集团公司 技术中心, 上海 201900) 摘要: 在实验室对低碳锰钢进行了控轧控冷试验。利用光学显微镜和透射电子显微镜等测试手段, 对试验结果进
41
850
42 5 550~ 560 6 5
1 49
42
800
37 5 550~ 560 6 5
2 试验结果
根据国家标准 GB /T 228 2002《金属材料 室温 拉伸试验方法》从轧后的钢板上截取板状拉伸 试样, 用 INSTRON4206电子拉伸试验机测定试验钢的强塑 性指标。从钢板上纵向截取夏比 V 型缺口冲击试样, 依终轧厚度的不同试样尺寸为 ( 5 mm, 3 mm ) 10 mm
550~ 570 6 5
60
400 # 10
65
上进行。钢板的力学性能取 3个试样的平均值。试样 经研磨、抛光后用 4% 硝酸酒 精试剂腐 蚀, 在 LE ICA Q550IW 金相显 微镜下进行金相组织观察, 用 LE ICA Q550IW 配带的分析软件测量铁素体晶粒的平均直径 以及铁素体的体积百分数。在同状态的金相试样上切 取 0 2 mm 薄片, 经磨制后在 - 25! 下 进行双喷电解 抛光制备透射电镜试样, 用 EM 400T 透射电镜进行微 观结构的观察和分析。
收稿日期: 2007 04 26
下制度, 终轧厚度分别为 6 5 mm 和 4 0 mm。由于试 验条件的限制, 轧制结束到开始水冷前有一段空冷时 间, 温降在 20~ 50 ! 之间。利用喷水冷却轧件, 通过 调节水流量来对冷速进行控制, 终冷温度控制在 400 ~ 600 ! 之间, 之后缓冷, 以模拟轧后卷取过程。试样 表面温度采用红外线测温仪测量。控轧控冷工艺制度 见表 1。
2. T he State Key L ab. of Rolling and Au tom ation, Northeastern Un iversity, Shenyang L iaon ing 110004, Ch ina;
3. T echno logy Cen ter, B aoshan Iron & Stee l Group Co. , Shanghai 201900, China)
样号
11 12
M n含量 ( w t% )
0 75
终轧温度 / 平均冷速 / 卷取温度 / 终轧厚度 /
!
! ∀ s- 1
!
mm
800
30
490~ 510 6 5
800
35
420~ 430
4
21
800
1 06
22
820
20
550~ 570 6 5
30
500~ 520
4
31
800
1 22
32
800
20
小、组织组成以及显微组织的分布状态。贝氏体比相 晶强化、珠光体强化以及贝氏体强化对低碳锰钢强韧
同碳含量的珠光体钢具有更高的强度, 用贝氏体代替 铁素体 珠光体钢中的珠光体将会显著提高钢的强度, 而一定体积分数的铁素体作为韧性相可以提 高塑韧 性 [ 1 2] 。而贝氏体的体积分数及其形态可以通过调整 工艺参数进行控制。研究贝氏体在低碳锰钢强韧化中 所起的作用, 对钢材最佳组织和综合性能的获得具有 重要的意义。
toughness cou ld be gained for the steel w ith duplex m icrostructures o f ferrite and bainite even ly d istributed in the m icro
structure. The most contribut ion o f ba in ite strengthening to the y ield streng th w as about 30% . F ine bainite ferrite lath and
控轧控冷后试验钢的强塑性与微观参量数据列于 表 2中。不同工艺条件下具有代表性的试验钢金相组 织如图 1所示。从表 2和图 1 可以看出, 由于含锰量 和变形工艺的不同, 低碳锰钢具有 F + P (图 1a)或 F+ B (图 1b和 c) 的组织形态, 铁素体晶粒尺寸在 5~ 8 5
55 mm。冲击性能检验根据 GB /T 229 1994《金属
响的只是抗拉强度。而文献 [ 3] 指出, 含珠光体的模
型要高于不 含珠光体的 模型的精 度。根据 P ickering 的经验方程 [ 6]
s = 15. 7[ 3. 5+ 2. 1w ( M n) + 5. 4w ( Si) + 1. 13d- 1 /2 ]