退火时间对伪共析45钢温轧后组织与性能的影响
发布时间：2021-10-10 18:40
利用扫描电镜、电子背散射衍射分析技术和拉伸试验机研究了具有伪共析初始组织的45钢温轧后不同退火保温时间对组织演变和力学性能的影响。结果表明,伪共析钢温轧后的组织呈多相多尺度分布,渗碳体破碎,在后续退火处理中,随着退火时间的增加,渗碳体逐渐球化、长大并且分布趋于均匀,多相多尺度结构弱化。退火时间从15 min延长至120 min后,铁素体晶粒平均尺寸由2. 32μm长大到5. 62μm,规定塑性延伸强度由温轧态的1057 MPa下降到662 MPa,均匀伸长率在退火120 min时最大。整体来说,试验钢经过500℃温轧后再经600℃退火15 min,综合力学性能达到最优。
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
45钢的原始组织(a)与伪共析组织(b)
图1 45钢的原始组织(a)与伪共析组织(b)图3为伪共析45钢经过不同时间退火后的显微组织照片。图3(a)为温轧钢退火15 min后的显微组织，可以看到经过15 min退火后，铁素体条带宽度下降的同时大部分渗碳体被球化且分布均匀，不存在片层状渗碳体，有部分晶粒发生了再结晶，由于初始组织中渗碳体条带区域晶粒的晶界被渗碳体钉扎，所以经过再结晶后相较于没有渗碳体钉扎的先共析铁素体区域晶粒更小，整体呈现出多尺度结构。图3(b)是温轧钢退火30 min后的显微组织，由图可知，经过30 min退火后，碳原子扩散加剧，晶胞内渗碳体颗粒增多并且细小，晶界处的渗碳体颗粒有所长大。由于退火时间延长，铁素体晶界迁移能力增强，有些再结晶的晶粒开始长大。图3(c)为温轧钢退火60 min后的显微组织，如图3(c)所示，随着退火时间进一步增加，碳原子扩散能力变得很强，已经观察不到先共析铁素体组织，原先共析铁素体区域内有细小的渗碳体析出，而温轧后就已经破碎成颗粒状的渗碳体长大，使得不同区域内的渗碳体大小差异很大，发生回复和再结晶的晶粒增多，形成了一些小的铁素体晶粒。图3(d)是温轧钢120 min退火之后的显微组织，绝大部分晶粒发生了回复和再结晶形成细小的铁素体晶粒，还有一部分之前已经完成再结晶的铁素体晶粒长大。渗碳体在铁素体基体上分布更加均匀，并且沿晶界分布的渗碳体颗粒进一步长大，可以观察到在不同区域渗碳体颗粒大小不同，在整体上呈双峰分布。
通过图2和图3的对比可以观察到，与温轧后组织相比，退火后的组织更加均匀，渗碳体破碎程度加剧，球化更明显，并且分布更均匀，铁素体晶粒发生回复和再结晶的比例增多，并且在两种状态下渗碳体颗粒与再结晶后的铁素体晶粒都呈现出一种双峰分布，且随着退火时间的增加，碳原子扩散能力增强，渗碳体分布越发均匀，双峰分布现象更加明显。这是由于经过温轧后，试验钢的组织表现出多尺度结构，在不同尺度内的渗碳体破碎程度不同，由于材料内位错的回复以及碳原子的扩散，原碳原子聚集的地方渗碳体迅速长大，而碳原子少的区域渗碳体多为细小的球状。原先共析铁素体区域内的晶粒由于没有渗碳体的钉扎作用，所以经过再结晶之后晶粒较大，而原类珠光体区域的晶粒由于有渗碳体的钉扎作用，位错密度高，内应力较大，因此再结晶后的晶粒较小。图4为温轧钢在不同时间退火后的晶粒尺寸分布图。由图4可以得到，温轧钢经过15、30、60、120 min退火后，其所对应的的平均铁素体晶粒尺寸分别为2.32、2.36、3.28和5.62μm。可以看出，随着退火保温时间的增加，平均铁素体晶粒增大，并且可以看到在15、30、60 min保温时间下，晶粒长大幅度较小，而保温时间增加到120 min后，晶粒明显长大。由图4可以得出，退火保温15 min时，晶粒尺寸分布主要由温轧后的较大晶粒与少部分发生回复和再结晶的晶粒组成，铁素体晶粒大小呈多峰分布。退火保温30 min后，可以得出经过再结晶后的小晶粒增多，同时已经完成再结晶的晶粒开始长大，退火保温60 min后，发生回复和再结晶的晶粒进一步增多并发生明显的长大现象，当退火时间为120 min时，大部分已经完成再结晶的晶粒都已经长大，并且多相多尺度结构弱化。图5为温轧钢600℃退火保温不同时间的取向差分布图，由图5可以得出，当退火保温时间为15、30、60、120 min时，所对应的小角度晶界占比依次为51%、42.6%、40.4%、37.5%，其对应的大角度晶界占比为49%、57.4%、59.6%、62.5%。综合对比，可以发现随着退火保温时间的延长，小角度晶界所占比例逐渐减小，大角度晶界所占比例逐渐增多，可以得出随着退火时间的增加，试验钢中发生回复和再结晶行为的变形铁素体数量占比越来越高，当退火时间为120 min时，所对应的小角度晶界占比最小，大角度晶界占比最高。其中退火保温时间为60 min时，所对应的小角度晶界占比急剧减少。这说明在退火保温时间为15 min时，试验钢的平均铁素体晶粒尺寸虽然最小，但是并没有大量的变形铁素体晶粒发生回复和再结晶行为形成再结晶铁素体晶粒，而在退火保温时间为60 min时才有大量的铁素体晶粒发生回复和再结晶。
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进高强钢微观组织调控研究现状及发展趋势[J]. 李大赵,庄治华,申丽媛,韩雨,孟传峰. 金属热处理. 2019(05)
[2]退火时间对0.4C-1.0Cr-0.2Mo钢冷轧后组织与性能的影响[J]. 杨明维,杨丽娜,冯运莉. 金属热处理. 2019(05)
[3]大型锻件晶粒细化热处理研究进展[J]. 顾剑锋,韩利战,李传维. 金属热处理. 2019(01)
[4]超塑性材料现状及新型超塑性低中碳合金钢研发[J]. 曹文全,张万里,徐海峰,翁宇庆. 钢铁. 2017(11)
[5]细小渗碳体颗粒对温轧碳钢退火后拉伸性能的影响[J]. 张亚桐,宁江利,冯运莉,江少群. 热加工工艺. 2017(20)
[6]中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策[J]. 张春霞,王海风,张寿荣,殷瑞钰. 钢铁. 2015(10)
本文编号：3428939
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
45钢的原始组织(a)与伪共析组织(b)
图1 45钢的原始组织(a)与伪共析组织(b)图3为伪共析45钢经过不同时间退火后的显微组织照片。图3(a)为温轧钢退火15 min后的显微组织，可以看到经过15 min退火后，铁素体条带宽度下降的同时大部分渗碳体被球化且分布均匀，不存在片层状渗碳体，有部分晶粒发生了再结晶，由于初始组织中渗碳体条带区域晶粒的晶界被渗碳体钉扎，所以经过再结晶后相较于没有渗碳体钉扎的先共析铁素体区域晶粒更小，整体呈现出多尺度结构。图3(b)是温轧钢退火30 min后的显微组织，由图可知，经过30 min退火后，碳原子扩散加剧，晶胞内渗碳体颗粒增多并且细小，晶界处的渗碳体颗粒有所长大。由于退火时间延长，铁素体晶界迁移能力增强，有些再结晶的晶粒开始长大。图3(c)为温轧钢退火60 min后的显微组织，如图3(c)所示，随着退火时间进一步增加，碳原子扩散能力变得很强，已经观察不到先共析铁素体组织，原先共析铁素体区域内有细小的渗碳体析出，而温轧后就已经破碎成颗粒状的渗碳体长大，使得不同区域内的渗碳体大小差异很大，发生回复和再结晶的晶粒增多，形成了一些小的铁素体晶粒。图3(d)是温轧钢120 min退火之后的显微组织，绝大部分晶粒发生了回复和再结晶形成细小的铁素体晶粒，还有一部分之前已经完成再结晶的铁素体晶粒长大。渗碳体在铁素体基体上分布更加均匀，并且沿晶界分布的渗碳体颗粒进一步长大，可以观察到在不同区域渗碳体颗粒大小不同，在整体上呈双峰分布。
通过图2和图3的对比可以观察到，与温轧后组织相比，退火后的组织更加均匀，渗碳体破碎程度加剧，球化更明显，并且分布更均匀，铁素体晶粒发生回复和再结晶的比例增多，并且在两种状态下渗碳体颗粒与再结晶后的铁素体晶粒都呈现出一种双峰分布，且随着退火时间的增加，碳原子扩散能力增强，渗碳体分布越发均匀，双峰分布现象更加明显。这是由于经过温轧后，试验钢的组织表现出多尺度结构，在不同尺度内的渗碳体破碎程度不同，由于材料内位错的回复以及碳原子的扩散，原碳原子聚集的地方渗碳体迅速长大，而碳原子少的区域渗碳体多为细小的球状。原先共析铁素体区域内的晶粒由于没有渗碳体的钉扎作用，所以经过再结晶之后晶粒较大，而原类珠光体区域的晶粒由于有渗碳体的钉扎作用，位错密度高，内应力较大，因此再结晶后的晶粒较小。图4为温轧钢在不同时间退火后的晶粒尺寸分布图。由图4可以得到，温轧钢经过15、30、60、120 min退火后，其所对应的的平均铁素体晶粒尺寸分别为2.32、2.36、3.28和5.62μm。可以看出，随着退火保温时间的增加，平均铁素体晶粒增大，并且可以看到在15、30、60 min保温时间下，晶粒长大幅度较小，而保温时间增加到120 min后，晶粒明显长大。由图4可以得出，退火保温15 min时，晶粒尺寸分布主要由温轧后的较大晶粒与少部分发生回复和再结晶的晶粒组成，铁素体晶粒大小呈多峰分布。退火保温30 min后，可以得出经过再结晶后的小晶粒增多，同时已经完成再结晶的晶粒开始长大，退火保温60 min后，发生回复和再结晶的晶粒进一步增多并发生明显的长大现象，当退火时间为120 min时，大部分已经完成再结晶的晶粒都已经长大，并且多相多尺度结构弱化。图5为温轧钢600℃退火保温不同时间的取向差分布图，由图5可以得出，当退火保温时间为15、30、60、120 min时，所对应的小角度晶界占比依次为51%、42.6%、40.4%、37.5%，其对应的大角度晶界占比为49%、57.4%、59.6%、62.5%。综合对比，可以发现随着退火保温时间的延长，小角度晶界所占比例逐渐减小，大角度晶界所占比例逐渐增多，可以得出随着退火时间的增加，试验钢中发生回复和再结晶行为的变形铁素体数量占比越来越高，当退火时间为120 min时，所对应的小角度晶界占比最小，大角度晶界占比最高。其中退火保温时间为60 min时，所对应的小角度晶界占比急剧减少。这说明在退火保温时间为15 min时，试验钢的平均铁素体晶粒尺寸虽然最小，但是并没有大量的变形铁素体晶粒发生回复和再结晶行为形成再结晶铁素体晶粒，而在退火保温时间为60 min时才有大量的铁素体晶粒发生回复和再结晶。
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进高强钢微观组织调控研究现状及发展趋势[J]. 李大赵,庄治华,申丽媛,韩雨,孟传峰. 金属热处理. 2019(05)
[2]退火时间对0.4C-1.0Cr-0.2Mo钢冷轧后组织与性能的影响[J]. 杨明维,杨丽娜,冯运莉. 金属热处理. 2019(05)
[3]大型锻件晶粒细化热处理研究进展[J]. 顾剑锋,韩利战,李传维. 金属热处理. 2019(01)
[4]超塑性材料现状及新型超塑性低中碳合金钢研发[J]. 曹文全,张万里,徐海峰,翁宇庆. 钢铁. 2017(11)
[5]细小渗碳体颗粒对温轧碳钢退火后拉伸性能的影响[J]. 张亚桐,宁江利,冯运莉,江少群. 热加工工艺. 2017(20)
[6]中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策[J]. 张春霞,王海风,张寿荣,殷瑞钰. 钢铁. 2015(10)
本文编号：3428939
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