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1、低碳贝氏体高性能桥梁钢中温转变组织控制 李静1 2 ，尚成嘉1 ，贺信莱1 ，聂皴1 ，马玉璞2 ，侯华兴2 ( 1 北京科技大学材料科学与工程学院，1 0 0 0 8 3 ，北京； 2 鞍钢新轧钢股份有限公司，鞍山，辽宁) 国际上桥梁用钢的发展经历了很长的历史时期，其大概可分为三个阶段：早期主要采用 含碳量较高的普通低合金钢，如1 6 1 9 n 类型低合金钢及2 0 世纪3 0 年代美国发展的C o r t e n 系列耐蚀桥梁钢。第二代桥梁钢组织为针状铁素体和粒状贝氏体。近年来为了更好的解决桥 梁钢的焊接及耐蚀问题，国际上发展了一系列超低碳贝氏体型第三代桥梁钢2 1 ，这类钢性 能的控制
2、主要是通过微合金成分和控轧控冷工艺来实现的u 一1 ，它的最主要特点是把钢中碳 含量降到0 0 5 以下，钢种在高强韧性同时，又具有极佳的可焊性晦1 ，一般焊前不需预热， 焊后不用处理，并且热影响区的冲击韧性可以保持在很高的水平。并且由于碳含量降低，贝 氏体组织的均匀性较好，因此耐蚀性很好嘲。因此，桥梁钢的发展趋势是不断降碳，组织由 铁素体+ 珠光体向针状铁素体+ 贝氏体及全贝氏体方向发展。 随着我国国民经济的高速发展，迫切需要高强度，优良低温韧性，焊接性能和耐蚀性桥 梁新钢种。近年国内已在这个领域已开始进行了研制和开发工作，正在着手推出第二代及耐 海洋大气腐蚀的第三代桥梁用钢。 本文将就由实
3、验室研制的5 0 0 M P a 级低碳贝氏体桥梁钢的中温组织控制进行研究。 1 等温转变 采用5 0 蚝真空感应炉冶炼，其成分为，c ：0 0 4 0 ，M n ：1 5 ，S i ：0 3 6 w t ，同时含有C u 、 N i 、N b 等微合金元素，钢锭锻造后采用T M C P 轧制成1 6 m m 厚度板材，通过喷水冷却控制 冷却速度，同时控制开冷与终冷温度。 热模拟实验试样由轧板上截取，经1 2 0 0 固溶处理后淬水，制备的热膨胀试样尺寸为 o3 x1 0 m m ，利用F o r m a s t o r 热膨胀仪将试样奥氏体化后，快速冷却到7 0 0 - 4 8 0 0 C
4、等温进行等 温转变实验，工艺流程如图1 所示。试样经打磨抛光后，用3 硝酸酒精侵蚀后进行金相观 察。 温 凛 图1 等温转变工艺流程图 1 6 8 时间 试样在不同温度等温得到的金相组织见图2 。很明显，7 0 0 0 C 等温9 0 0 s 后得到的是等轴 铁素体，其中马氏体组织为淬火时转变的( 图2 a ) ；6 3 0 0 C 等温同样的时间得到的铁素体含 量增加( 图2 b ) ，只留下少量的奥氏体在冷却过程中转变为马氏体，这个温度下形成的铁 素体的形状已经不太规则；在6 0 0 0 C 形成的铁素体形状更不规则( 图2 c ) ，此外还形成了 一定量准多边形铁素体。在5 8 0 0
5、C 、5 3 0 0 C 和5 5 0 0 C 等温得到魏氏铁素体和针状铁素体组织 ( 图2 d ，e ，f ) ；4 8 0 0 C 的金相组织则为板条贝氏体和马氏体( 图2 9 ) 。这个钢种直接淬 火得到的组织为马氏体，如图2 h 所示。 由等温转变实验可见，该成分钢在6 3 0 - 6 0 0 0 C ，将较快发生扩散性转变，但由于转变温 度较低，因而会出现一部份准多边形铁素体。可是，如果转变温度在5 8 0 - 5 3 0 0 C 之间，将发 生针状铁素体或称魏氏体铁素体转变，该温度转变的组织较混乱，针状组织交叉错综。当 等温转变温度降低到4 8 0 0 C ，将主要发生板条贝氏体或
6、板条马氏体转变，板条成束。由此 可见为了利用组织强化和组织细化提高该钢的强度和韧性，应有目的的控制冷却过程的开 始、结束温度以及冷却速度。 图2 不同温度保温9 0 0s 金相组织( a ) 7 0 0 1 2 ( b ) 6 3 0 “ C ( c ) 6 0 0 - ( d ) 5 5 0 1 2 ( e ) 5 3 0 1 2 ( f ) 5 0 0 “ C ( g ) 4 8 0 “ ( 2 ( 1 1 ) 直接淬火 2 组织控制的热模拟 为了更加直接地考察变形奥氏体冷却过程各类组织的连续转变情况，确定冷却开始温 度，我们设计了如图3 所示的热模拟工艺。制备试样尺寸为4 ) 8 x 1
7、 2 m m ，在G l e e b l e 一1 5 0 0 进 行试验：试样加热到1 0 0 0 奥氏体化，以冷速2 0 C s 冷却到8 5 0 变形3 0 后，再以冷速l O o C s 冷却至6 5 0 、6 0 0 、5 5 0 、5 0 0 ，然后水淬到室温得到不同的金相组织如图4 所示。 冷却到6 5 0 0 C 时形成了部分晶界铁素体，到6 0 0 0 C 时形成了少量的块状铁素体，冷到5 5 0 0 C 以下则形成了大量的粒状贝氏体。 温 鏖 时闻如 图3 以1 0 ，s 冷却过程中在不同温度开始水淬的工艺示意图 图4 以l O ，s 快冷到不同温度后淬火金相组织，( a
8、) 6 5 0 。( b ) 6 0 0 。( c ) 5 5 0 。( d ) 5 0 0 图51 0 ，s 冷却时不同温度开始缓冷工艺示意图 由热模拟后的组织转变情况分析可得，变形奥氏体在6 5 0 1 2 以下将首先发生仿晶界铁 素体转变，并且随着温度的连续下降将出现针状( 魏氏) 铁素体，到5 5 0 “ ( 3 以下，会得到以 粒状贝氏体为主的中温转变组织，还有准多边形体素体和针状铁素体。 、为了更好的模拟工厂大生产情况，设计了图5 所示的工艺，与图3 相似，只是以冷速 1 0 ，s 冷却到一定温度后开始以1 ，s 的速度缓冷。该热模拟实验能研究终冷温度对组织转 变的影响。 图6 以
9、l O C s 快冷到不同温度后缓冷金相组织，( a ) 6 5 0 1 2 ，( b ) 6 ( C ) 5 5 0 1 2 ( d ) 5 0 0 1 2 1 7 1 由各条件下的金相组织( 图6 ) 分析，加速冷却的终止温度为6 5 0 时，其室温组 织应对应以1 ，s 连续冷却的组织，既大部分相变产物应是在6 5 0 以后转变的，由于6 5 0 以后慢冷，因此除针状铁素体，准多边形铁素体和粒状贝氏体外，M ，A 的分布较集中并 且尺寸较大，该大块M ，A 组织对低温冲击性能不利。但是如果加速冷却到6 0 0 - 5 5 0 之间， 组织为粒贝，针状铁素体和多边形铁素体的混合组织，组织很
10、细，同时M A 的分布较均匀 细小。可见加速冷却的终止温度应选择在合适的范围。 3 结论 1 )当终轧后加速冷却时，开始冷却的温度应在6 5 0 “ C 以上，冷却速度可在1 1 0 “ C 之间， 能得到较均匀的粒状贝氏体组织为主的相变产物。 2 ) 加速冷却的终冷温度应控制在6 0 0 - 5 5 0 “ C 之间，组织为粒贝，针状铁素体和多边形铁素 体的混合组织，组织很细，同时M A 的分布较均匀细小。 参考文献 【l 】YS h e n ，S S H a n s e n ，D e v e l o p m e n to fa1 0 0 K s i ( 6 9 0 M P a ) y i
11、e l ds t r e n g t h ，w e a t h e r i n gs t e e lf o rb r i d g e a p p l i c a t i o n ，H i g hp e r f o r m a n c es t e e l sf o rs t r u c t u r a la p p l i c a t i o n , 1 9 9 5 ，C l e v e l a n d ，O h i o , A S M ，1 2 7 - 1 3 4 【2 】E M F o c h t , Tw M o n t e m a r a n o ，D e v e l o p m e
12、n to fH i f g hP e r f o r m a n c es t e e l sf o rB r i d g eC o n s t r u c t i o n ，i b i d , 1 4 1 1 5 4 【3 】K r a u s sQT h o m p o s o nTW F e r r i t eM i c r o s t r u c t u r ei nc o n t i n u o u s l yC o o l e dL o wa n dU l t r aL o w C a r b o nS t e e l s 【J 1 I S l JI n t e r n a t i
13、 o n a l ，1 9 9 5 ，3 5 ：9 3 7 - 9 4 5 【4 】K i l nYM ，K i mSK ，L i mYJ ，c ta l E f f e c to fM i c r o s t r u c t u r cO nt h eY i e l dR a t i oa n dL o eT o u g h n e s so f L i n e - p i n eS t e e l s r J I S i JI n t e r n a t i o n a l ，2 0 0 2 ，4 2 ，1 5 7 1 - 1 5 7 7 1 5 1G r a v i l l eBA C
14、o l dC r a c k i n gi nW e l d si nH S L AS t e e l s I n ：P r o c e e d i n g so nw e l d i n go fH S L A ( m i c r o a l i o y e d ) s t r u c t u r a ls t e e l s ( R o m e ) M e t a l sP a r k , O h i o ：A S M ，l9 7 8 ：8 5 - 1 0 1 【6 】K S h i o t a n i ，E K a w a b a t a , K A m a n o , N e ww e a t h e r i n gs t e e l so f e x t r e m e l y - l o w 咖_ b o nb a i n i t i ct y p ew i t he x c e l l e n t w e l d a b i l i t y , K a w a s a k iS t e e lT c h n i c a lR e p o r t , N o 4 6 ，J u n e , 2 0 0 2 一1 7 2
