变形温度对含Nb双相钢显微组织的影响

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金属学报

第４５卷

各温度下变形应力的降低不是由奥氏体的再结晶造成的，而主要是由在变形过程中发生的动态相变引起的．变形增大了亚稳奥氏体的自由能，使其在变形过程中发生奥氏体

向铁素体的动态相变，新乍成的铁素体相为软相，从而导

致了变形应力的降低．而峰值应力的变化则与发生动态相变ｆｊ｛『试样的微观组织有关．在大干Ａ，３温度变形时（８１０和７８０℃），发生动态相变前试样的组织为单一的奥氏体相，因此，峰值应力随着变形温度的降低而增大．在７５０℃变形时，变形温度略低于Ａ。３，变形前已经有小部分先共析铁素体析出，这部分先共析铁素体在变形过程中引起应力降低，但其并不足以抵消由于变形温度降低而引起的应力增加，因此，在７５０℃变形时的峰值Ｊ、扩力仍大干高温

变形时的峰值应力．在７２０℃变形时，变形温度远低于

Ａ，３，变形前先共析铁素体转变量较多，且有一定程度的长大，这部分的先共析铁素体对变形过程中应力的降低作用大于温度降低引起的应力增大，导致了７２０℃下峰值应力低于７５０℃下的峰值应力．变形应力的降低除了上述原因以外，与变形过程中铁素体的动态回复也有一定关系，

将在下文论述．

试样经４％硝酸酒精溶液腐蚀后的显微组织见图

４ａ—ｄ．可见＇试样在不同温度变形后，以２０℃／ｓ的速率连续冷却虿室温，得到的组织全部为铁素体（Ｆ）和马氏体（Ｍ）的双相组织．随着变形温度的降低，组织中铁素体

含量先增加、后减少，铁素体平均晶粒尺寸减小．且变形温度的不同，导致最终组织中铁素体晶粒形貌产生差异．

试样在８１０和７８０℃变形后连续冷却至室温的双相

组织（图４ａ和ｂ）中，铁素体晶粒都呈等轴状，在７８０℃

变形时的铁素体平均晶粒尺寸略小，铁素体体积分数增大．在７８０℃变形时，变形温度略高于Ａ。３，变形所产生的使亚稳奥氏体向铁素体转变的形变能被有效利用，在温度高于４。３变形过程巾发生奥氏体向铁素体的转变．大的变形量使奥氏体晶粒内ｆ市错密度增大，加上原始奥氏体晶粒细小，为铁素体提供了大量的形核地点，使变形后连续冷却过程中，大量的奥氏体快速的转变为铁素体．由于在变形和随后的冷却过程中铁素体相变发生较快，且转变最大，导致剩余的奥氏体富Ｃ而稳定，在冷却到低温时转变为

图４试样在不同温度变形后冷却笔窜温的组织

Ｆｉｇ．４

Ｄｏｕｂｌｅ

ｐｈａｓｅ（ｆｅｒｒｉｔｅＦ＋ｍａｒｔｅｎｓｉｔｃＭ）ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｃｏｏｌｅｄ

ｔｏ

ｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｆｔｅｒ

ｄｅｆｏｒｍｉｎｇ

ａｔ

８１０℃（ａ），７８０℃（ｂ），７５０℃（ａ）ａｎｄ

７２０℃（ｄ），ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｆｅｒｒｉｔｅｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍ

ｅｑｕｉａｘｅｄ

ｇａｉｎｔｏ

ｓｔｒｉｐ－ｌｉｋｅ

ｇｒａｉｎ，ｉｔｓ

ｖｏｌｕｍｅ

ｆｒａｃｔｉｏｎ（ｓｉｚｅ）ｖａｒｉｅｄｆｒｏｍ７８．４％（３．７ｐｍ）ｔｏ８５．７％（３．５ｐｍ），

８０．７％（３．３ｐｉｎ）ａｎｄ７７．３％（２．８ｐｍ）ｗｉｔｈｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

第１ｌ期董毅等：变形温度对含Ｎｂ双相钢显微组织的影响

１３１７

马氏体．

图５为７８０℃变形条件下组织中尺寸不到１弘ｍ的细小铁素体晶粒．这些细小的晶粒呈等轴状，部分晶粒内部存在少量的位错，这些存在位错的铁素体晶粒很可能是在变形过程中形成的．在８１０℃变形时组织的演变同７８０℃变形条件下基本相同，但由于其变形温度高，变形过程中产生的铁素体在随后的冷却过程中有一定程度的长大，且在温度降低到Ａ，３过程中，静态回复使变形对相变的促

图５变形温度为７８０℃时室温组织中细小的铁素体晶粒

Ｆｉｇ．５

ＴＥＭｉｍａｇｅｏｆｆｉｎｅｆｅｒｒｉｔｅｇｒａｉｎｓｉｎ

ｔｈｅｓａｍｌｐｌｅｄｅ－

ｆｏｒｍｅｄａｔ７８０℃

进作用被一定程度地减弱，使铁素体含量产生相应的差别．

图４ｃ为在７５０℃变形后连续冷却至室温的显微组

织．组织中铁素体以等轴状为主，辅以少量拉长的先共析铁素体，细小等轴状铁素体量比高温变形时有所增加，铁素体晶粒尺寸进一步减小．在７５０℃变形时，由于变形

温度低于Ａｒ３’已经有部分先共析铁素体析出，在变形过程中被压扁．如前所述，在此温度变形过程中发生动态相变，导致应力一应变曲线的下降，组织中部分细小铁素体

就来源于此．变形增大了过冷奥氏体向铁素体转变的驱动

力，铁素体相变在变形后出现一个新的高峰，组织中其余部分细小等轴铁素体晶粒在此时形成．在后续的连续冷却过程中，由于温度较低，且冷速较快，形成的细小等轴晶粒来不及长大，从而形成如图４ｃ的显微组织．

在７２０℃变形时的显微组织如图４ｄ所示．与７５０℃

变形时的显微组织类似，但长条形铁索体尺寸及含量增加，

等轴铁索体尺寸更加细小．这与变形温度紧密相关．变形

温度的进一步降低使变形前析出的先共析铁素体量大大

增加，且在变形前已经有所长大，而在变形和随后冷却过

程中，形成的等轴晶因形成温度低而来不及长大，导致铁素体晶粒尺寸及形状的差异．

试样经Ｌｅｐｅｒａ溶液腐蚀后的显微组织如图６所示．

图６试样经Ｌｅｐｅｒａ试剂腐蚀后的显微组织

Ｆｉｇ．６

ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｅｔｃｈｅｄｂｙＬｅｐｅｒａｒｅａｇｅｎｔａｆｔｅｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓａｔ

８１０℃（ａ），７８０℃（ｂ），

７５０℃（ｃ）ａｎｄ

７２０℃（ｄ）

１３１８

金属学报

第４５卷

组织中自色为马氏体岛，黑灰色为铁素体组织．随着变形温度由８１０℃降低到７８０℃，马氏体含量从２１．６％降低到１４．３％，当变形温度为７５０和７２０℃时，马氏体含量分别为１９．３％和２２．７％．马氏体岛弥散分布丁铁素体晶界处，且存在较多尺寸较小的点状马氏体岛，见图７．研究峨４Ｊ表明，这些细小、弥散分布的乌氏体岛对双相钢的塑性断裂有利．

变形温度对铁素体的性能也产生一定影响．在各个不同变形温度下得到的组织中，各选取１（）个铁素体晶粒，测定其硬度值，见图８．在变形温度高于Ａ，３时，铁素体硬度小且均匀，而在低温下变形时，铁素体晶粒的硬度相

图７变形温度为７８０℃时室温组织中细小的马氏体岛

Ｆｉｇ．７ＴＥＭｉｍａｇｅｏｆｆｉｎｅｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｉｓｌａｎｄｓｉｎｔｈｅｓａｍｐｌｅ

ｄｅｆｏｒｍｅｄ

ａｔ

７８０℃

对较大，硬度值分布较分散．

这是因为在高温变形条件

下，由动态相变乍成的铁素体在变形过程中产生的的位错经同复基本消失，使其硬度与随后相变生成的铁素体硬度相当．在变形温度低于Ａｒ３条件下，变形使先共析铁素体和变形过程中动态相变产乍的铁素体内部产卡大量位错，而作随后的冷却过程巾，由于温度较低，回复作用较弱，位错未予以有效消除，形成较硬的铁素体晶粒，而变形后形成的铁素体较纯净，硬度值小，导致铁素体硬度值的增大和分散．

图９和１０分别为不同变形温度条形下试样最终组

Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．。Ｃ

图８不同变形温度卜．铁素体品粒硬度

Ｆｉｇ．８

Ｈａｒｄｎｅｓｓｅｓｏｆ

ｔｅｎ

ｆｅｒｒｉｔｅｇｒａｉｎｓ

ｓｅｌｅｃｔｅｄ

ｒａｎｄｏｍ

ｉｎ

ｅａｃｈ

ｓａｍｐｌｅｄｅｆｏｒｍｅｄａｔ

ｆｏｕｒ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ

图９彳：同变形温度Ｆ试样显微组织的ＥＢＳＤ取向图

Ｆｉｇ?９

ＥＢＳＤ

ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ

ｍａｐｓ

ｏｆ

ｇｒａｉｎｓ（ｇｒｅｙｌｉＩｌｃｓ－ｏ。＜０≤１５。，ｄａｒｋｌｉｎｅｓ１５。＜口≤１８０。）ｉｎ

ｔｈｅ

ｓａｍｐｌｅｓ

ｄｅｆｏｒｍｅｄ

ａｔ

８１０℃（ａ），７８０℃（ｂ），７５０℃（ｃ）ａｎｄ７２０℃（ｄ）

第１１期董毅等：变形温度对含Ｎｂ双相钢显微组织的影响１３１９

图１０相邻晶粒间取向差分布图

Ｆｉｇ．１０ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｄｊａｃｅｎｔｇｒａｉｎｓｍｅａｓｕｒｅｄｆｒｏｍＦｉｇ．９

织的ＥＢＳＤ取向图和相邻晶粒取向差分布比例图．可见，随着变形温度的降低，组织中小角度晶界所占比例增大，由４．４％增大到１２．９％，且小角度晶界分布于较大铁素体晶粒内部，随着变形温度的降低，大的拉长的铁素体晶粒内部小角度晶界增多．当变形温度高于Ａ，３时，变形开始时组织为单一的奥氏体，铁素体在变形过程中出现，变形程度较轻，加上回复的作用，使位错密度较低，铁素体晶粒内部小角度晶界较少．而在较低温度变形时，变形开始时已有铁素体存在，而铁素体较软，变形很大程度上集中于铁素体上，变形过程中铁索体发生动态回复，形成小角度晶界的亚晶，且变形温度较低，变形铁素体晶粒内部位错密度高于高温变形过程中形成的铁索体位错密度，导致最终组织中铁素体晶粒硬度的增大和小角度晶界的增多．动态回复引起的软化同时抵消了一部分加工硬化，对变形应力的降低也起到一定作用．

３结论

（１）实验工艺条件下，试样最终组织为铁素体与马氏体双相组织．随着变形温度的降低，组织中铁素体含量先增大后减小，铁素体晶粒尺寸降低，大小差异增大．在７８０℃变形条件卜．，铁素体含量最多，达到８５．７％，晶粒尺、ｊ．较均匀；随着变形温度的降低，组织中马氏体含量先减少后增加，马氏体岛尺寸较小，呈孤岛状弥散分布，有利于双相组织的塑性．

（２）不同温度下变形的应力随应变的增加先增大、后减小，应力一应变曲线上出现峰值应力，且峰值应力随着变形温度的降低先增大、后减小．这是由变形过程中发生的奥氏体向铁素体的动态相变和变形前试样组织的差异所造成的．

（３）变形温度对铁素体晶粒硬度有很大影响．在高于Ａ。３下变形时，铁素体晶粒硬度较小，硬度值分布均匀；在低于Ａ。３下变形时，铁素体硬度值较大且分散．

（４）ＥＢＳＤ结果显示，随着温度的降低，组织中小角度晶界增多，由４．４％增大到１２．９％，且多分布于较大的铁素体晶粒内部．

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变形温度对含Nb双相钢显微组织的影响

作者：董毅， 许云波， 吴迪

作者单位：东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,沈阳,110004

刊名：

金属学报

英文刊名：ACTA METALLURGICA SINICA

年，卷(期)：2009，45(11)

引用次数：0次

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薄板坯连铸连轧(TSCR)与传统热轧流程相比,有其自身的冶金特点.比如,低碳铝镇静钢的组织较细,含Nb微合金钢的混晶问题以及V-N微合金钢中的组织超细化问题等.研究表明这些新特点都是由于技术更新引起了流程中析出、再结晶和相变等规律发生变化所致.低碳铝镇静钢中,铸坯中的部分A1N在进入均热炉前就已经开始析出.在1150℃的均热炉中保温30分钟后,仍然有30ppm的A1N没有回溶.含Nb钢中由于Nb的加入,阻止了粗大奥氏体的再结晶,引起随后混晶问题的出现.针对含Nb微合金钢,在TSCR中开发出了一种新TMCP技术,能够有效地抑制混晶的产生和细化钢带组织.对于0.12％V-0.02％N的微合金钢,在薄板坯连铸过程中就有平均直径约40nm的大量的V(CN)析出,均热以后,钢中仍有一半左右的V以析出形式存在,这些平均直径在43nm左右的颗粒能够有效地钉扎再结晶奥氏体的晶界,使相变前的奥氏体细化.从而得到平均晶粒尺寸在3.0-4.0um范围的超细晶铁素体.

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