回火温度对钢组织与性能的影响范文

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《鞍钢技术杂志》2016年第4期

摘要：

为了研究回火温度、析出相对含Mo-V-Ti钢组织与性能的影响，试验采用550mm轧机对含Mo-V-Ti钢轧制后进行完全淬火，然后在630～710℃不同的温度下进行回火。结果表明，高温回火后，钢的组织由回火索氏体和少量贝氏体组成，组织中发生回复和再结晶，钢的强韧性匹配发生变化。在670℃以下回火时产生的析出相主要为Ti、V和Mo复合的碳氮化合物和V、Mo复合的碳氮化合物，随着回火温度的提高，产生了新的析出相Fe、Mn和Mo及V合金渗碳体，析出相对钢的强韧性有重要影响。

关键词：

Mo-V-Ti钢；回火温度；屈服强度；析出相

利用Mo-V-Ti复合合金化可以生产出屈服强度在500MPa以上，具有良好的塑性，且-40℃韧性不低于140J的钢种。由于成分设计的原因，该钢的淬透性较低，且回火温度区间较窄。淬透性和回火温度是影响调质钢组织和性能的两个重要因素，二者有效结合，能使钢达到良好的强韧性匹配[1]。在一定淬透性的前提下，分析回火温度对钢的性能的影响，对Mo-V-Ti钢的组织与性能分析具有重要意义。

1试验方案

1.1试验钢冶炼

经过200kg真空感应炉冶炼后的钢坯，再进行电渣重熔，重熔后钢坯化学成分如表1所示。

1.2轧制、热处理及检测分析

重熔后的钢锭在550mm中厚板试验轧机进行轧制，轧制后保温温度为1250℃，保温时间为60min，轧制成品厚度为13mm。在RX2-37-13高温箱式电阻炉进行淬火试验，淬火工艺为：920℃保温，40min后快速水淬。在RX2-37-13高温箱式电阻炉进行高温回火试验，回火温度为630~710℃，温度间隔为20℃，保温时间120min，空冷。拉伸试验在Z600电子拉伸材料试验机上进行，试验按国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》进行横向拉伸试验。冲击试验在ZBC2602全自动冲击试验机上进行，试验按国家标准GB/T229-2007《金属夏比缺口冲击试验方法》进行，采用V型缺口，10mm×10mm×55mm横向试样，冲击温度为0℃、-30℃和-60℃。对热处理后的试样在Olympus光学显微镜下进行微观组织观察，在TecnaiG220透射电子显微镜下进行组织和析出物的观察。

2试验结果与分析

2.1淬透性分析

对淬火后钢板进行金相组织观察，其组织形貌如图1所示。从图1中可以看出，淬火后组织为板条马氏体和少量的贝氏体组织，板条马氏体含量为92%。淬火后得到的板条马氏体是一种亚稳定相，碳原子有从晶格间隙中自发脱溶的趋势。淬火后的钢板需要经过高温回火后才能得到稳定的组织。

2.2回火温度对力学性能的影响

对回火后钢板进行横向拉伸和冲击检验，其性能结果如表2所示。从表2可以看出，对热轧态钢板淬火后，在630~710℃进行回火时，随着回火温度的提高，屈服强度和抗拉强度逐渐下降，延伸率和面缩率逐渐升高，当回火温度在670℃以上时，屈服强度、延伸率和面缩率的变化不大。各温度下的冲击功随着回火温度的升高而升高，670~690℃回火后的冲击功变化更为明显。

2.3回火温度对组织的影响

在630~710℃范围内回火时，淬火后的板条马氏体逐步分解，试验钢组织由回火索氏体和少量的贝氏体组成。630~670℃回火时，组织中保留了明显的马氏体板条位相，α相仍保持板条位相，碳化物转变成与基体无共格关系的细粒状渗碳体，如图2（a）～（c）所示；690℃回火时，少部分α相开始发生回复和再结晶，形成等轴铁素体晶粒，碳化物聚集成粗粒状如图2（d）所示；710℃回火时，板条马氏体位相形态基本消失，板条铁素体转化为多边形铁素体，回复和再结晶更为明显，如图2（e）所示。随回火温度的升高，板条铁素体变宽，晶界逐渐模糊，向多边形转化；碳化物由细小逐渐长大并且球化。

2.4析出相对力学性能的影响

利用TecnaiG220透射电镜对制取的碳膜萃取复型试样进行第二相粒子析出分析。淬火过程中保留的大量位错为回火后析出物的析出提供了场所［1］。在670℃以下回火时，析出物为粗大的方形Ti、V和Mo复合的碳氮化合物，尺寸为120~150nm，如图3（a）、（b）所示；还有细小的球状V、Mo复合碳氮化合物，尺寸为20~40nm，如图3（c）、（d）所示。细小而弥散分布的析出物主要起着沉淀强化的作用。670℃以上回火时，出现了大颗粒的析出物，大颗粒析出物的形貌和能谱见图4。从图中可以看出，析出物为Fe、Mn、Mo、V合金渗碳体，尺寸在200nm以上，可见在670℃以上回火时，有部分Mo和V的元素脱溶进入合金渗碳体晶格中，还有部分V、Mo元素以碳氮化合物的形式析出。在回火过程中,合金元素Ti、V和Mo通过转化结晶,实现渗碳体到合金碳化物的原位转变,或通过单独形核长大或异质形核长大等方式实现渗碳体到合金碳化物的转变，这一过程中形成的少量纳米级合金碳化物对强度的提高有一定作用，当尺寸较小时,对屈服强度的提高贡献较大；随着回火温度的升高,屈服强度缓慢降低，基体组织的软化使得钢的塑性和冲击功均有提高。冲击功大幅提高的主要原因是钢中的间隙固溶原子C含量的大幅降低和位错的减少造成的，虽然析出的合金碳化物对Mo-V-Ti钢产生了一定的强化作用，但不足以抵消强度降低的总体趋势。回火后的第二相粒子析出物形貌见图5。从图中可以看出，670℃以下回火时，随着回火温度的升高，Ti、V和Mo复合的碳氮化合物和V、Mo复合的碳氮化合物尺寸和数量没有明显变化。此时碳氮化合物由粗大的方形Ti、V和Mo以及细小的V和Mo组成。670℃以上回火时，又出现了新的析出物：Fe、Mn、Mo、V合金渗碳体，并且随着回火温度的升高逐渐长大，数量逐渐增多。新析出的合金渗碳体在钢种起着第二相强化的作用，在一定程度上弥补了高温回火时候位错密度降低所带来的强度下降。在较高的回火温度下，该材料具有很好的塑韧性和冲击功。在710℃时，回火时该钢塑韧性达到最大值，但表现出较低的强度，在630℃回火时，该钢可以获得较高的强度和硬度，但塑韧性较低。当回火温度在670℃时，该钢的各项力学性能达到了良好的匹配，具有较高的屈服强度和塑性。

3结论

（1）在630~710℃回火时，随着回火温度升高，强度逐渐减低，韧性逐渐提高，塑性有一定提高。

（2）经过高温回火后，钢的组织由回火索氏体和少量的贝氏体组成，随着回火温度的升高，组织中发生回复和再结晶，钢的强韧性匹配发生变化。

（3）试样在670℃以下回火时产生的析出物主要是Ti、V和Mo复合的碳氮化合物，以及V、Mo复合的碳氮化合物，随着回火温度的提高，产生了新的析出物，Fe、Mn、Mo、V合金渗碳体，析出相对钢的强韧性起着重要的影响。

参考文献：

［1］张杰，蔡庆伍，樊艳秋，等.回火温度对E690海洋用钢组织和显微硬度的影响［J］.材料热处理学报，2012,33（4）:55-61.

作者:王树森 赵刚 刘璇 李大航 周洪庆 高若涵 单位:海军驻鞍钢军事代表室 鞍钢集团钢铁研究院