低碳、低合金钢中一种组织遗传的机理探讨.pdf

四川冶金 一6 1一 低碳 、 低合金钢中一种组织遗传的机理探讨 长城钢厂一 分厂工 程师 孙宝正 【 内容简介】本文甘低破 、 低合金钢退火处理的组织进 行了金相观察及电子探 针微区分析 。 对A 。 A 。。区 间不 同温度 、 不同加 热条件下的 组织进 行了观察 。 结 果表明 原 初生奥氏体晶粒的遗传现象 , 是由加热过程 中形成的针状丫相的长大汇 呆的 结果 。 其产生是 与附近的破化物具有密切的关系 , 长 大受a相回复所限制 。 说 明通过 必要的热处理 , 该种遗传组织可得到必要的控制 。 引言 低碳 、 低 合金钢 经 退 火处理 后 , 易于产 生一种织构 组 织 , 该种组织 直接影 响着材料 的使用性 能 。 对该 种组 织织 构的特 征 、 产 生 条 件 、 消除措施的研 究 , 在 生产实践 中具有 重 要的现 实意义 。 同时 , 对非平 衡加 热时的 相变研究 , 当前已引起广 泛的注视 , 因而在 指导生产和理 论研究上 具有重要 的 意义 。 本 文通 过对 组织 织构特征的研究 , 从而确定其 本质 。 通 过不同加热条 件所得 组织的研究 , 进一步确定其产 生 的机理和进行有利 地 控 制 。 , W 。 C 68 8 0o C/30分升至930℃/30分 W 。 C 以 N eo ph o t 一2 1型 光学显微 镜 , 对 选择 浸蚀 后 的组 织 进行研 究 。 以JSM 一3 5 C型 CDREC电子探钎 、 配有 x 射 线 分光波 长 色 散谱仪 , 进行微区成 分对比分析 , 选用ZOKV 加 速电压 、 吸收电子电流AE I为o . s x lo 7 A 。 2 试料及试验方法 试料以电孤炉冶炼 。 成 分为0 . 2 0C , 0 . 5 5Mn , 0 . 5051 , 1 。 oe r , 0 . 0 0M 。。 经锻打 缓冷后于A 。 以上进 行退 火处理 。 取 料进行组织研究 。 退 火缓冷后 的试料 , 分别以如下六种 热 处理工艺处理 。 加热 工艺 处理规范 18 40o C/30分A C 2 随炉升温84 0℃/30分W C 3 到温装炉8 4 0℃/30分 W C 49 30℃/30分 W C 57 70℃/1分再 升至930℃/30分 3 试验结 果 经锻造 缓冷 , 退 火组织 具 有局 部不易腐 蚀区域 , 经选 择交替浸 蚀后其显 微 组织如 图 ] 所示 。 经放大观察 其 内部 具细小等轴晶 粒 。 如 图 2 所示 。 在其附近区域为 针状 交错 组织 及颜色较浅的母相 。 在 母相内具细小 弥 散的脱溶产 物 。 如 图 3 、 图 4 所示 。 通 过提 高放大倍数确定等 轴细品内具 有马氏体板条 的组织 。 附近区域针状 组织 为贝氏体组织 。 与之相变的衰变相 、 自色的母相内 , 具有 细 小的沉淀相 。 原退火处理冷 却过 程中 , 奥氏 日 1 退火状 态 组 织 火 巧O 一6 2一 1987年第2期 图 忿 退火状 态 组 织 K80 0 图 684 0 ℃/ 3 0分 到 温装 炉 、 V . C 义5 00 图3退火状态 组织 x80 0 图4图3的奴大 组织 x 160 0 体 内形 成强 烈分向 性的补状回火退火贝 氏体组织后 , 并 乓有 微量地残 留奥氏体组 织 , 于连续冷 却过程中 , 由于 成份起伏和能 量 起 伏 , 再 次 发生 脱溶相变 。 为进 一步 研究 不易腐蚀区形成的机理 , 选用加 热 工艺 1 及 2 , 所摄 组织如 图 5 、 图 6 所示 。 图 5 所示 为经84 0 ℃/3 0分 , 随炉升 温的组织 , 其 升温 速度 约15 0 ℃/小时 , 随后 速冷 。 在A 。 一A C 范围内形成细 长针 状的丫 相 , 其取向与原马氏体板条 方 向相同 , 针 状 图6 84 0℃/3 0 分随炉升温 1 5 0/小 时 W C x 50 0 丫相 生 一民中 汇为一体 。 在 原初生 奥 氏体晶界 上 , 原 a 相区域 发生回值生长 , 趋 于 等轴 状 。 原等轴Y品粒的形 成 , 从图 5 、 6 图推 断 , 针状Y的生 长位相 与 原板条马氏体相对 应 , 属 小 角度晶界 , 即板条 间的位 相差较小 。 从图 5 组织 中可见 针状 丫的形 成与组织 中未 溶碳 化物具 有 密切地 关 系 , 即针状 Y相 在碳 化物周围 附近形核 、 长大 , 即板条的碳 化物 成为针状相形 成的必要条件 。 从 图 6 组织 观 察 , 选用840℃/3 0分 , 快 速加热 、 水淬 组 织 中末 发现明显 取 向的 Y组 组 , 具有a回复 为等轴状的各个领域 。 与图 5 组织 相比 , 碳 化物更为细小 弥 散 。 在 原 初 生奥氏体晶粒 内 , 划分为许 多不同位相的领 域 , 在原初生奥 氏体晶界上 , 形成细 小 等轴 晶粒 , 呈连续 分布 。 可见以快 速加 热 使原过 饱和组织 中碳化物的脱溶 形态得以改 变 , 即 由原粒状 变 为愈 为细 小弥散的点 状 。 由于 a 相较快地回复 , 所得组织失去针状特 点 , 丫 相趋于等 轴 状 。 当试 样以9 3 0℃/3 0 分W C , 所得组织如 图 7 所示 , 其 组织 粗 大 , 具有一定取向的板条 马氏体将被分割 为若 干 板条 束 , 其位相虽并 非 完 全相同 , 而在晶内具有较 小 角度位相 。 当泛A 。 , A 。 范围内 , 中间保温 , 然 后再加热到9 3 0℃ , 使 之完 全奥氏体化 , 水 冷所得组织如图 8 、 图9所示 。 图 8 经7 70℃ 中间加 热再加 热到9 3 0℃所得的组织 远细于 图 7 直接 加 热到 9加℃ 所得的组织 。 图9于 8 8 0℃中 间加 热所得组织更 为细 小 、 均 匀 , 四川冶金 一6 3一 I釜1了 廿JU U/jU井V V . 七 图8 7 70℃/ 小fT寸 、 930℃/3 0分 为进一步探讨 “组 织织构” 形成的热力 学关 系 , 以波长 色散谱 仪WDC对 正常 区域及织 构区进 行微区成份 分析 。 之所以不 采 用能量色散谱仪 ED S , 是由 于波长 色 散谱仅具有STE 、 TA P 、 PE T 、 L IF四块 晶体制成 的 罗兰园R OWla n d , 可从 B “ 到U ““之间各种 元 素均 能测定 , 并较E D S具 有 更 高的 分辩 能力 。 所 测结 果见 表 1 。 表 1 卜荔, I ’ ’ ’一”.’金’孑 , i ’’’ 一 ’{ 一 ’一. 犷雨借一 6 78 , 688 , 71 9 , 65 9 , 704 , 7 38 , 6 17 13 0 2 , 1 3 15 , 12 0 1 一9 42, 1696 , 168 7 , 1 7 53 1 8 5 8 , 1 874 , 1 8 9 6 , 18 97 , 1971 , 198 0 , 1 92 9 3 010 , 3 0 66 , 2 9 2 9 , 29 82 , 5 8 5 8 , 620 6 , 657d 从微区分析结 果可见 , 织构区碳化 物形 成元素有所偏高 。 图 988 0℃/30分 、 930℃/3 0分 W 乞 只500 且板条马氏体细小 , {司{T i J板条 束不甚明显 , 板条宽度史与细俪 。 可见经 中间加热 再加 热 到 93 0℃ , 在消除原始奥氏体晶粒及淬火前 组织的遗传 性上 具有明显的效果 , 有 效地 达 到 获取 细小 、 均 匀组 织 的目的 。 综合上述 , 在重新加 热过程中所表现对 原奥氏体组 _ 织的遗传现象 , 具有以下 特 点 加 热 时沿原 始 奥氏体品粒 间界 上形成细小 Y 晶粒呈等轴状 。 在原 始奥氏体晶粒 内 , 具有 位 向相近 , 具有 小角度取向的各个团状 Y晶 粒 , 是由加 热 过程 中早期 的针 状 Y 相汇聚 长 大 的结果 , 其 一长大 受 到附近 a 相回复的限制 。 在淬火后 , 马氏体 转变 发生于系来的a 一Y 相 共有的惯析而上时 , 仍被 记忆 , 表现在外观 上同原始 奥 氏体舒 ,粒 大小相同 。 此外 , 当于 A 。 一A c 中 间加热 , 使O碳化 物溶解 , 针 状 Y相难以形成 。 中间加 热温 度愈高 , 愈不 利于针状Y相的形成 。 可见针状 Y相 与未 溶 碳化物具 有密切的关系 。 4 讨论 在 发生赞a相 变过程中 , 新相与母 相 间 具有K 一 S关 系 , 当重新加 热过 程 中 , 新 相的 形成 , 即可按 原板条 界面 生 长 , 如 图 5 所 示 。 在 新相形 成过 程中 , 除考 虑 相变 化学 自 由能外 , 也 应注 意到新 相的产 生同表面能的 增加密切相关 。 所以从 热力学 考虑 , 新相 的 出现应以针状 更为有利 。 从 渡 边征一 、 邦 武 立 郎在低碳钢低 合 金钢0 . 1 3一0 . 4 0 C的 Ni 、 C r 、 M 。 、 M n 钢所进行的研 究 来看 认为针状 Y在初生 奥氏体品 粒 中形成 时, 具 有满足K u r djum o二一 S aehs 关系 的有四种 晶体学 位 向 , 而a 一 8间存在B a g a sya tski关 系 , 即 10 0。/ 2 1 1 a 。 在 形 成针状Y相 时 , 板条 间 界及碳化物 具有重 要 作用 , 为使新 相表面 能为最低 , 使得K 一 S关系仅为二种 可能方向发生 新相的生长 、 转变 。 与此 同 时 新 生的丫相 与碳化物O间又要满足Pit s c h关 系 , 即200。/ 111丫 ;〔0 20〕 o / 〔1 10〕 丫; 〔。。 1〕。/〔112〕赞 , 使得 形成灼新 相仅 存在 一个方 向可以得到生长 。 从图 5 、 图 6 所 得 一6 4一 结果 , 与渡 边 征一机构 相吻 合 , 即针状 丫相 的形成与碳化 物相及 a 相的回复有关 。 于A c, 一A 。 区间缓 慢加 热 , 发生针状Y 的生 长汇合 , 快速 加热 将 使针 状 丫的长 大受 到限制 。 可见 , Y新相的形成 , 在较大的非 平衡 过热状 态 , 与渗 碳体具有密切关系 。 并 在缓慢加热 过 程 中 , 才 能使针状 Y 得以长 大 。 探针微区成份 分析 证实 , 成 分的差异将 导致 化学 自由能的差 异 , 说明 Y 针状 相的生 长是 与扩 散有关的转变 。 由于区域 成分差 异 , 织构区较 正常区不 易 被金相试 剂所腐蚀 。 又由于织构区碳化 物 形 成元素偏 高 , 增加 过 冷奥氏体的稳定性 , 冷 却过程中将 存在部分的残留奥氏体 。 在退 火处理中部 分碳 化物的析 出 , 将增加针状丫 相产 生的可能 。 针 状 Y 相的汇聚长大受 到 a 相区域的限制 , 使得各个区域 均有自己的特 定 方向 长大 , 彼此 间具 有很小 角度的位相 差 。 各个区域内针 状 丫相 的长大 , 直 至充 满 整个的初生 奥 氏体晶粒 。 198 7年第2期 生奥氏体晶界上形成许多细小晶粒 。 该区域 具有合金 元素的偏 聚 。 5 . 2 组织织 构的形成过程 , 表现为针状 Y 相的长大 、 汇 聚 , 并与碳化物 相的存在具 有 密 切关系 。 5 . 3 快速升 温加 热 , 不 利 于针状 Y的 出 现 , 从 而 避免了组织 织构的产生 。 5 . 4 于A 。 A 。 区间加 热 , 随即升至 A 。 V - J 上 , 不利于针状Y相的形成 。 5 结论 根 据以上研究得到 几点结论 5 . 1ZoC r M n M o 于A C 一A 。 区间加 热 , 再 加热 至A C。 以上 , 所形成 的组 织织 构 是以回复了的 a 相 边界所划 分的各个区域组 成 。 各区域 间晶体学具有接近的位 向 。 在初 参考 文献 〔1〕徐 修炎 非 平衡 组织 加 热时 的晶粒遗 传 性探讨 , 理化 测 试 , 1981 , V o l . 17 , N os, PP6 〔2〕周 子年 残留奥氏体在组织遗传 中的 作用 , 理化测 试 , 19 8 3 , V o l . 1 9 , N o6, P P7 〔3〕渡边 征一 、 邦武 立 郎 铁纽钢 , 1975 , V o l . 6 1 , N o l , PP96 〔4〕HJH E H BE PMAH . A . lll 小H 3 , MET A 几J I O B H ME TA月几O B E - 几EHHH , 1980 , V o l 。 50 , N o 3 , PP5 7 4 〔5〕MA GEE . C . L T HENU CLEA - ’T IO NOFMA R TE NS IT E , PH ASE TR ANSFO RMA T ION , L ON D ON , 19 80 , PPll5一152 护、 曰嘀‘八 、z、产、产曰、一,、 .、‘自、、产、夕飞碑夕 、‘甸、子、/ 、 子、、八了、 、、 喇”、产、沪、沪、. 门目、, 、产、产、了 、矛、州 、曰、. , 叼门 脚妇、尸‘声 、声、、一一沪、沪、J 气, 尸, ,‘侧 户、 、、 J、州 洲、产、、 、 、沪 ,‘尹、矛 ,‘六、户、沪 自、尹、 民“ 户、J,甘、2、2 、矛、创 、. 、曰, ., 甲口阳 上接 第69页 却作用是相 当大的 。 空冷 试样的纵向硬 度 分 布 曲线 表明 , 上翘的部位 其硬 度上升是比较 厉害的 。 上翘部位出现在13 0一14 5 毫米处 , 这与感 应器加热的长度有 关 , 攀钢和包钢的 加 热长度 基本在 17 0士1 0 毫米 , 所以上翘 部 位距轨端的距离两厂家 是一致的 , 即上翘 位 置距未 如热钢轨部分为2 5 一4 0毫 一来 处 , 由于 实际 加热时 , 加热长 度的 变 化使得上翘部位 的位 置有一个波动 范围 。 由于钢轨本身冷端 部分的热传 导 作用 , 使得纵 向 硬度过渡区尾 巴发 生硬 度上 升的现象 , 即所谓 “翘 尾” 现 象 。 采取 控制 过 渡区段的温 度逐 渐递减一直 到AC 以下 温度一段距离来克服 “翘尾” 现 象在原理上是对的 , 但在工艺实 践 中 , 感应 加热器的结构实践上是很难得实现的 。