連續(xù)冷卻30CrNi3MoV超高強鋼固態(tài)相變行為.pdf

1、目前鋼鐵工業(yè)發(fā)展所面臨資源和環(huán)境的壓力越來越大,為保護環(huán)境,節(jié)約能源和原材料,研究和發(fā)展超高強度鋼、減輕鋼制品重量,提高鋼鐵產(chǎn)品附加值迫在眉睫。低合金超高強度鋼由于成本相對低廉,生產(chǎn)工藝比較簡單,因而具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。30CrNi3MoV鋼是在原Cr-Ni-Mo系低合金超高強鋼的基礎(chǔ)上進行V微合金化,并適當調(diào)整其它合金元素含量而發(fā)展起來的。為充分發(fā)揮V微合金化的強化優(yōu)勢,生產(chǎn)中須配以合理、先進的控軋控冷或熱處理工藝,才能使鋼的性能

2、得到最大限度的發(fā)揮。然而,目前對此鋼的實際應(yīng)用仍采用傳統(tǒng)的淬火、回火熱處理工藝,這一方面不利用鋼材潛能的最大發(fā)揮,而且還浪費資源和能源,增加生產(chǎn)成本,不利于其推廣應(yīng)用。鋼材先進生產(chǎn)工藝的制定有賴于對鋼本身固態(tài)相變過程、組織控制的深入研究,以期澄清其相變過程的一般規(guī)律。為此,本文采用高精度差分膨脹測量和微觀組織分析方法系統(tǒng)研究了30CrNi3MoV鋼在連續(xù)冷卻條件下的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上探討粒狀貝氏體的形成機制、貝氏體相變的不完全性

3、、形變熱處理對貝氏體相變的影響,以及30CrNi3MoV鋼中馬氏體相變特征等,取得如下研究成果:
　　 (1)系統(tǒng)研究了30CrNi3MoV鋼連續(xù)冷卻過程中的相變行為。采用高精度線膨脹儀并結(jié)合顯微組織分析,澄清了30CrNi3MoV鋼以1～2000℃／min連續(xù)冷卻至室溫所發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變,繪制了過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT圖),并探討了連續(xù)冷卻速度對相變產(chǎn)物顯微硬度的影響。結(jié)果表明:從1℃／min到2000℃／min,30

4、CrNi3MoV鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物發(fā)生“粒狀貝氏體→下貝氏體和少量上貝氏體→板條與片狀混合馬氏體”的逐步過渡；30CrNi3MoV鋼的CCT圖中沒有出現(xiàn)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū),只存在貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變以及極少的先鐵素體析出區(qū)；30CrNi3MoV鋼發(fā)生馬氏體相變的臨界冷卻速度在20～25℃／min之間,該鋼具有相當好的淬透性；由于受到馬氏體自回火過程引起沉淀強化的影響,30CrNi3MoV鋼相變產(chǎn)物的顯微硬度并非隨冷卻速度增大而均勻

5、增大。
　　 (2)研究了30CrNi3MoV鋼中貝氏體相變規(guī)律。結(jié)果表明:30CrNi3MoV鋼過冷奧氏體緩慢冷卻至室溫,相變產(chǎn)物為Bg1和Bg2兩種不同形態(tài)的粒狀貝氏體,其中Bg1中粒狀物分布較稀疏,形狀和分布都不規(guī)則,而另一種Bg2中的粒狀物分布較密集,且沿某一方向平行分布,在透射電鏡下形狀為短棒狀,兩者具有不同的形成機制；在連續(xù)冷卻情況下,30CrNi3MoV鋼中貝氏體相變不完全性普遍存在,因相變不完全而殘留的奧氏體具有

6、很高的富碳程度,且隨冷速增大,富碳程度有所降低；在極緩慢冷卻條件下,貝氏體相變后的殘余奧氏體不具備進一步相變的驅(qū)動力而被永久保留下來,而若冷速足夠快,富碳殘余奧氏體將在低溫區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛紝\晶馬氏體,使貝氏體相變呈現(xiàn)停滯現(xiàn)象。
　　 (3)利用能施加載荷的高精度線膨脹儀,研究了奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形對30CrNi3MoV鋼貝氏體相變特征的影響,結(jié)果表明:由于變形使母相奧氏體中儲存了較高的形變能,相當于為相變提供了一個額外的機械驅(qū)動力,

7、使貝氏體轉(zhuǎn)變所需最小化學(xué)驅(qū)動力降低,因而經(jīng)奧氏體形變處理的30CrNi3MoV鋼貝氏體相變起始溫度Bs顯著升高；經(jīng)奧氏體形變30CrNi3MoV鋼在以20℃／min連續(xù)冷卻至室溫后得到的相變產(chǎn)物中新增了少量粒狀貝氏體組織；奧氏體區(qū)變形使30CrNi3MoV鋼中貝氏體條或片尺寸減小、分布位向增多,貝氏體條或片彼此相互交叉,很多還相互穿越,使過冷奧氏體在貝氏體相變過程中表現(xiàn)出更大的穩(wěn)定性。
　　 (4)通過對微觀亞結(jié)構(gòu)和相變動力學(xué)的

8、分析,研究了30CrNi3MoV鋼中馬氏體相變特征。研究發(fā)現(xiàn):淬火冷卻30CrNi3MoV鋼的相變產(chǎn)物包括板條狀和針狀兩種馬氏體形態(tài),其中針狀高碳馬氏體發(fā)生了一定程度的自回火,析出了多種彌散細小的合金碳化物:30CrNi3MoV鋼的馬氏體相變過程中發(fā)生了碳的重新分配,造成低碳板條馬氏體與高碳針狀馬氏體的形成在相變動力學(xué)曲線中截然分開,板條馬氏體形成速率遠高于針狀馬氏體。
　　 (5)研究了奧氏體化過程對30CrNi3MoV鋼馬氏

9、體相變的影響。結(jié)果表明:V微合金化使得30CrNi3MoV鋼奧氏體晶粒粗化溫度在約1000℃,因此對該鋼進行熱處理時奧氏體化加熱溫度不能超過1000℃；在奧氏體化加熱過程中,奧氏體化溫度會通過以下兩方面影響30CrNi3MoV鋼Ms點,一是晶粒尺寸和位錯缺陷組態(tài),它們決定馬氏體相變前母相奧氏體強度,二是碳及合金元素溶入奧氏體的程度,這兩方面綜合作用使得Ms點隨奧氏體化溫度升高先上升,后又隨之下降；奧氏體化保溫時間對30CrNi3MoV鋼