浙江至德钢业有限公司主要针对双相钢影响先共析转变过程的因素进行分析,影响先共析转变过程的因素主要有奥氏体晶粒尺寸、冷却速度以及碳含量,结合双相钢碳含量固定为0.07%的情况下,主要研究奥氏体晶粒尺寸及冷却速度对先共析过程的影响。同时分析奥氏体温度不同,导致快速大量析出铁素体的情况下,对后续相变过程的影响。



一、实验材料与实验设备


  双相钢选用国家重点实验室真空冶炼炉冶炼,化学成分如表2-3所示。为避开钢板中心偏析,选取钢板宽度1/2处进行取样,机械加工成Φ3mmx10mm的圆柱形试样,如图2-6所示。


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   实验在全自动相变仪Formaster-FII实验机上进行。Formaster-FII是一台可以测试钢、铁等金属材料静态相变温度的仪器,其测量范围很宽,为-150~1400℃.相变仪采用高频感应加热和气体喷雾冷却来实现温度的精确控制,采用普通铜管喷嘴进行冷却,以及差动相变测定系统进行膨胀测量。实验前在电焊机上将R型热电偶焊在试样凹槽的正中心,并用绝缘管将热电偶套装,以免实验过程中两根热电偶接触,影响加热效果,实验在真空系统中进行,一般冷却气体为氮气。


二、实验方法


  图3-1a为淬火实验工艺,将尺寸为Φ3mmx10mm的圆柱状热模拟试样,10℃/s的加热速度,分别加热至900℃、1000℃、1100℃、1200℃,保温300s,以20℃/s速度降至810℃,保温30s,淬火至室温;右图为连续冷却实验工艺,与淬火实验工艺一样,只是在810℃,保温后以 1℃/s 冷却至室温。



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三、实验结果及分析


1. 金相组织分析


  图3-2为热模拟双相钢试样淬火后,用苦味酸腐蚀的微观组织,可以认为对应于连续冷却转变实验后的相同奥氏体化温度的相变前奥氏体晶粒。奥氏体化温度为900℃时,原奥氏体晶粒尺寸为30μm;奥氏体化温度为1000℃时,原奥氏体晶粒尺寸为41μm;奥氏体化温度为1100℃时,原奥氏体晶粒尺寸为45μm;奥氏体化温度为1200℃时,原奥氏体晶粒尺寸为53μm.随着奥氏体化温度的增加,其他条件相同的情况下,晶粒尺寸增加显著。


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  图3-3为实验双相钢试样连续冷却转变后的金相组织,主要为铁素体和珠光体组织。奥氏体化温度为900℃时,铁素体晶粒尺寸为18μm;奥氏体化温度为1000℃时,铁素体晶粒尺寸为23μm;奥氏体化温度为1100℃时,铁素体晶粒尺寸为27μm;奥氏体化温度为1200℃时,铁素体晶粒尺寸为30μm。


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   图3-4反映的是双相钢在相变前后,不同奥氏体化温度晶粒尺寸变化规律,保温温度增高奥氏体晶粒尺寸呈现线性的增大,同时,对比相变前、后的组织,可以看出铁素体晶粒尺寸相对于原奥氏体晶粒尺寸具有良好的继承性,即原始奥氏体晶粒尺寸越细小,相变后的铁素体晶粒尺寸也越趋于细小。


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2. 相变动力学曲线与硬化指数分析


  将实验过程中所测得的线膨胀曲线,转化为图3-5中表观意义上的相变动力学曲线,即新相体积分数f与相变时间t的函数关系曲线。从图中可以看出,各种奥氏体化温度条件下的相变总时间差别不大,产生新相的平均速度差别也不大。为此本文采用新相体积分数达到40%的时间来表示相变速度,即反映相变前期的平均速度。


 从图3-5中,可以看出,奥氏体化温度越小,对应的相变时间越短。同样我们可以理解,原始奥氏体晶粒尺寸越小,对应的相变速度越快。由此我们可以得到,原始奥氏体晶粒尺寸对相变总时间影响不大;而原始奥氏体晶粒尺寸对相变前期影响比较明显,即奥氏体晶粒尺寸影响着先共析转变过程,随着奥氏体晶粒尺寸的减小,相变前期速度加快,铁素体更为快速地析出。


 基于硬化动力学方程,可将“相变量-时间”函数关系f-t曲线转化为Inln(1/1-f)-Int曲线。如图3-6所示,通过对曲线进行分析,可以发现,在奥氏体化温度为900℃时,棱边铁素体析出体积分数最多。根据上述分析,在其他条件相同的条件下,减小相变前奥氏体晶粒尺寸,能够同时促进棱边铁素析出量和析出速度。所以,奥氏体晶粒越细小,棱边铁素体的析出速度相对越快,棱边铁素体析出饱和时对应的体积分数越大。