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《鞍鋼技術(shù)雜志》2016年第4期

摘要：

為了研究回火溫度、析出相對(duì)含Mo-V-Ti鋼組織與性能的影響，試驗(yàn)采用550mm軋機(jī)對(duì)含Mo-V-Ti鋼軋制后進(jìn)行完全淬火，然后在630～710℃不同的溫度下進(jìn)行回火。結(jié)果表明，高溫回火后，鋼的組織由回火索氏體和少量貝氏體組成，組織中發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，鋼的強(qiáng)韌性匹配發(fā)生變化。在670℃以下回火時(shí)產(chǎn)生的析出相主要為Ti、V和Mo復(fù)合的碳氮化合物和V、Mo復(fù)合的碳氮化合物，隨著回火溫度的提高，產(chǎn)生了新的析出相Fe、Mn和Mo及V合金滲碳體，析出相對(duì)鋼的強(qiáng)韌性有重要影響。

關(guān)鍵詞：

Mo-V-Ti鋼；回火溫度；屈服強(qiáng)度；析出相

利用Mo-V-Ti復(fù)合合金化可以生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度在500MPa以上，具有良好的塑性，且-40℃韌性不低于140J的鋼種。由于成分設(shè)計(jì)的原因，該鋼的淬透性較低，且回火溫度區(qū)間較窄。淬透性和回火溫度是影響調(diào)質(zhì)鋼組織和性能的兩個(gè)重要因素，二者有效結(jié)合，能使鋼達(dá)到良好的強(qiáng)韌性匹配[1]。在一定淬透性的前提下，分析回火溫度對(duì)鋼的性能的影響，對(duì)Mo-V-Ti鋼的組織與性能分析具有重要意義。

1試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)鋼冶煉

經(jīng)過200kg真空感應(yīng)爐冶煉后的鋼坯，再進(jìn)行電渣重熔，重熔后鋼坯化學(xué)成分如表1所示。

1.2軋制、熱處理及檢測(cè)分析

重熔后的鋼錠在550mm中厚板試驗(yàn)軋機(jī)進(jìn)行軋制，軋制后保溫溫度為1250℃，保溫時(shí)間為60min，軋制成品厚度為13mm。在RX2-37-13高溫箱式電阻爐進(jìn)行淬火試驗(yàn)，淬火工藝為：920℃保溫，40min后快速水淬。在RX2-37-13高溫箱式電阻爐進(jìn)行高溫回火試驗(yàn)，回火溫度為630~710℃，溫度間隔為20℃，保溫時(shí)間120min，空冷。拉伸試驗(yàn)在Z600電子拉伸材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》進(jìn)行橫向拉伸試驗(yàn)。沖擊試驗(yàn)在ZBC2602全自動(dòng)沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T229-2007《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行，采用V型缺口，10mm×10mm×55mm橫向試樣，沖擊溫度為0℃、-30℃和-60℃。對(duì)熱處理后的試樣在Olympus光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行微觀組織觀察，在TecnaiG220透射電子顯微鏡下進(jìn)行組織和析出物的觀察。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1淬透性分析

對(duì)淬火后鋼板進(jìn)行金相組織觀察，其組織形貌如圖1所示。從圖1中可以看出，淬火后組織為板條馬氏體和少量的貝氏體組織，板條馬氏體含量為92%。淬火后得到的板條馬氏體是一種亞穩(wěn)定相，碳原子有從晶格間隙中自發(fā)脫溶的趨勢(shì)。淬火后的鋼板需要經(jīng)過高溫回火后才能得到穩(wěn)定的組織。

2.2回火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

對(duì)回火后鋼板進(jìn)行橫向拉伸和沖擊檢驗(yàn)，其性能結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，對(duì)熱軋態(tài)鋼板淬火后，在630~710℃進(jìn)行回火時(shí)，隨著回火溫度的提高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸下降，延伸率和面縮率逐漸升高，當(dāng)回火溫度在670℃以上時(shí)，屈服強(qiáng)度、延伸率和面縮率的變化不大。各溫度下的沖擊功隨著回火溫度的升高而升高，670~690℃回火后的沖擊功變化更為明顯。

2.3回火溫度對(duì)組織的影響

在630~710℃范圍內(nèi)回火時(shí)，淬火后的板條馬氏體逐步分解，試驗(yàn)鋼組織由回火索氏體和少量的貝氏體組成。630~670℃回火時(shí)，組織中保留了明顯的馬氏體板條位相，α相仍保持板條位相，碳化物轉(zhuǎn)變成與基體無共格關(guān)系的細(xì)粒狀滲碳體，如圖2（a）～（c）所示；690℃回火時(shí)，少部分α相開始發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，形成等軸鐵素體晶粒，碳化物聚集成粗粒狀如圖2（d）所示；710℃回火時(shí)，板條馬氏體位相形態(tài)基本消失，板條鐵素體轉(zhuǎn)化為多邊形鐵素體，回復(fù)和再結(jié)晶更為明顯，如圖2（e）所示。隨回火溫度的升高，板條鐵素體變寬，晶界逐漸模糊，向多邊形轉(zhuǎn)化；碳化物由細(xì)小逐漸長(zhǎng)大并且球化。

2.4析出相對(duì)力學(xué)性能的影響

利用TecnaiG220透射電鏡對(duì)制取的碳膜萃取復(fù)型試樣進(jìn)行第二相粒子析出分析。淬火過程中保留的大量位錯(cuò)為回火后析出物的析出提供了場(chǎng)所［1］。在670℃以下回火時(shí)，析出物為粗大的方形Ti、V和Mo復(fù)合的碳氮化合物，尺寸為120~150nm，如圖3（a）、（b）所示；還有細(xì)小的球狀V、Mo復(fù)合碳氮化合物，尺寸為20~40nm，如圖3（c）、（d）所示。細(xì)小而彌散分布的析出物主要起著沉淀強(qiáng)化的作用。670℃以上回火時(shí)，出現(xiàn)了大顆粒的析出物，大顆粒析出物的形貌和能譜見圖4。從圖中可以看出，析出物為Fe、Mn、Mo、V合金滲碳體，尺寸在200nm以上，可見在670℃以上回火時(shí)，有部分Mo和V的元素脫溶進(jìn)入合金滲碳體晶格中，還有部分V、Mo元素以碳氮化合物的形式析出。在回火過程中,合金元素Ti、V和Mo通過轉(zhuǎn)化結(jié)晶,實(shí)現(xiàn)滲碳體到合金碳化物的原位轉(zhuǎn)變,或通過單獨(dú)形核長(zhǎng)大或異質(zhì)形核長(zhǎng)大等方式實(shí)現(xiàn)滲碳體到合金碳化物的轉(zhuǎn)變，這一過程中形成的少量納米級(jí)合金碳化物對(duì)強(qiáng)度的提高有一定作用，當(dāng)尺寸較小時(shí),對(duì)屈服強(qiáng)度的提高貢獻(xiàn)較大；隨著回火溫度的升高,屈服強(qiáng)度緩慢降低，基體組織的軟化使得鋼的塑性和沖擊功均有提高。沖擊功大幅提高的主要原因是鋼中的間隙固溶原子C含量的大幅降低和位錯(cuò)的減少造成的，雖然析出的合金碳化物對(duì)Mo-V-Ti鋼產(chǎn)生了一定的強(qiáng)化作用，但不足以抵消強(qiáng)度降低的總體趨勢(shì)?；鼗鸷蟮牡诙嗔Ｗ游龀鑫镄蚊惨妶D5。從圖中可以看出，670℃以下回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，Ti、V和Mo復(fù)合的碳氮化合物和V、Mo復(fù)合的碳氮化合物尺寸和數(shù)量沒有明顯變化。此時(shí)碳氮化合物由粗大的方形Ti、V和Mo以及細(xì)小的V和Mo組成。670℃以上回火時(shí)，又出現(xiàn)了新的析出物：Fe、Mn、Mo、V合金滲碳體，并且隨著回火溫度的升高逐漸長(zhǎng)大，數(shù)量逐漸增多。新析出的合金滲碳體在鋼種起著第二相強(qiáng)化的作用，在一定程度上彌補(bǔ)了高溫回火時(shí)候位錯(cuò)密度降低所帶來的強(qiáng)度下降。在較高的回火溫度下，該材料具有很好的塑韌性和沖擊功。在710℃時(shí)，回火時(shí)該鋼塑韌性達(dá)到最大值，但表現(xiàn)出較低的強(qiáng)度，在630℃回火時(shí)，該鋼可以獲得較高的強(qiáng)度和硬度，但塑韌性較低。當(dāng)回火溫度在670℃時(shí)，該鋼的各項(xiàng)力學(xué)性能達(dá)到了良好的匹配，具有較高的屈服強(qiáng)度和塑性。

3結(jié)論

（1）在630~710℃回火時(shí)，隨著回火溫度升高，強(qiáng)度逐漸減低，韌性逐漸提高，塑性有一定提高。

（2）經(jīng)過高溫回火后，鋼的組織由回火索氏體和少量的貝氏體組成，隨著回火溫度的升高，組織中發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，鋼的強(qiáng)韌性匹配發(fā)生變化。

（3）試樣在670℃以下回火時(shí)產(chǎn)生的析出物主要是Ti、V和Mo復(fù)合的碳氮化合物，以及V、Mo復(fù)合的碳氮化合物，隨著回火溫度的提高，產(chǎn)生了新的析出物，F(xiàn)e、Mn、Mo、V合金滲碳體，析出相對(duì)鋼的強(qiáng)韌性起著重要的影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］張杰，蔡慶伍，樊艷秋，等.回火溫度對(duì)E690海洋用鋼組織和顯微硬度的影響［J］.材料熱處理學(xué)報(bào)，2012,33（4）:55-61.

作者:王樹森 趙剛 劉璇 李大航 周洪慶 高若涵 單位:海軍駐鞍鋼軍事代表室 鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院