12MnNiVR钢的连续冷却转变行为及相变动力学

　　12MnNiVR钢是一种用于制造压力容器之大型原油储罐的高强度低合金钢[1-4]。12MnNiVR 成分上以C-Mn为基础，添加少量Mo、V、Ni、B等合金元素[1，5]。与国内外同类钢种成分相比，由于合金元素含量减少，从而降低了碳当量，改善了焊接性能，同时提高了钢的强韧配比[5-6]。这些复合加入的合金元素虽含量较少，但仍影响了γ/α及γ/B的相变过程及相变行为，改变了冷却过程中铁素体及贝氏体的相变区[7]。成分设计和组织控制是开发高性能压力容器用钢的重要环节，研究其相变规律及相变动力学是开发高性能压力容器用钢的基础，将为制造加工和热处理制度的制定提供重要依据。

　　本文使用热膨胀测量法测得了12MnNiVR钢的连续冷却转变曲线，分析了其连续冷却过程中的组织转变和CCT曲线的相变区。利用Origin软件平台对实验数据进行处理，得到了低冷速下奥氏体向铁素体转变及向贝氏体转变的动力学方程，并分析了铁素体转变及贝氏体转变的生长方式。

　　1 实验材料及方法

　　钢的热膨胀试样尺寸为Φ4mm×10mm，其化学成分如表1所示。使用DIL805A热膨胀仪进行膨胀实验。实验时以10℃/s 的升温速度加热到奥氏体化温度(950℃)，保温5min，分别以0. 04、0. 07、0. 2、1、10、20、30、40、50和60℃/s的冷却速度冷至室温，记录冷却过程中的膨胀量及对应温度。冷却后的试样经研磨、抛光后，用4%的硝酸酒精溶液侵蚀，然后在AX10型光学显微镜下观察其显微组织，用HXD-1000TM/LCD维氏硬度计测得不同冷却速度下试样的硬度值，试验载荷为1000g。

　　2 实验结果

　　2.1 显微组织

　　不同冷却速度下钢的显微组织见图1。由图1可知，当冷却速度小于1℃/s 时，发生铁素体和贝氏体转变，不发生马氏体转变，组织为多边形铁素体(PF)及粒状贝氏体(GB)，铁素体晶粒内部有粗化并趋向球化的碳化物。随着冷却速度的增加，铁素体含量越来越少，贝氏体含量越来越多。冷却速度为1℃/s时，铁素体含量已经较少，且主要分布在贝氏体晶界上。冷却速度为10℃/s时，只发生贝氏体转变，不发生铁素体转变和马氏体转变，组织以粒状贝氏体(GB)和退化的上贝氏体(DUB)为主。当冷却速度大于20℃/s时，出现马氏体转变。冷却速度在20℃/s时，组织以贝氏体(GB+DUB)和马氏体(M)为主。冷却速度在30℃/s时，组织为马氏体(M)和少量的贝氏体(GB+DUB)。当冷却速度大于40℃/s时，只发生马氏体转变，组织为马氏体(M)。

　　2.2 相变温度和CCT曲线

　　相变温度确定采用切线法[8]，在温度-膨胀量曲线有突变的地方做切线，切线开始偏离膨胀曲线的温度定义为相变的临界点。基于该实验可测得AC3=858℃，AC1=738℃，Ar3=750℃，Ar1=613℃，Ms=470℃，由膨胀曲线可测定出在不同冷却速度下的相变开始和结束温度，其结果列于表2。按照这一数据可以得到钢的连续冷却转变(CCT)曲线，如图2所示。