回火温度对1500MPa级Nb-Ti低合金直接淬火钢组织与性能的影响

　　高强高韧钢以其优良的综合力学性能在矿山、建材、工程机械等领域中被广泛应用. 传统的高强钢，如Y 180、AF1410、HSLA100等[1-3]，其合金含量高、生产工艺复杂、加工困难，不利于工业生产. 而低合金超高强度钢300M[4]因其价格昂贵，不利于大规模工程应用，很难满足市场需求. 近年来，随着直接淬火装备和工艺技术的应用，使得可采用更优化的成分体系来生产高强韧钢板[5-6]. 与传统的轧后离线再加热淬火工艺相比，直接淬火工艺去除了离线再加热淬火，能缩短工艺流程，降低生产成本. 国外，关于直接淬火钢生产和应用的研究报道较多，Okamoto等[7]对直接淬火工艺在钢板生产中的应用及其相应的强度级别进行了总结. Shikanai和Suga[8]系统研究了直接淬火工艺参数和合金元素对高强度低合金钢性能的影响. 国内，直接淬火技术发展较快，但与国外相比仍存在较大的差距. 近来，赵四新等[9]采用直接淬火+回火工艺成功研制了抗拉强度大于780MPa，-40℃冲击功大于150J的高强度钢板; 王立军等[10]采用直接淬火+回火工艺开发了一种1500MPa级Si-Mn-Cr-Ni-Mo多组元系超高强度工程结构钢，但其合金含量仍然较高，低温韧性较差，- 40℃冲击功约为20J. 因此，有必要对直接淬火技术进行深入的研究，发展出性能更好、成本更低的低合金高强高韧钢.

　　本文采用低合金化成分体系:

　　1) 控制C含量，保证钢材的韧性及焊接性能;

　　2) 通过微Ti处理和控制加热温度，将均热态奥氏体的晶粒尺寸控制在较小水平;

　　3) 通过添加Mn、Cr、Mo、B等元素，提高实验钢淬透性以获得马氏体组织;

　　4) 添加Nb等微合金元素，实现未再结晶轧制，细化奥氏体晶粒以实现高强韧性的良好配合. 设计了一种经济型低合金高强高韧钢，采用控轧+直接淬火+回火工艺，测定了该实验钢的连续冷却转变曲线，研究了轧制过程中奥氏体的演变过程及不同回火温度对组织和力学性能的影响.

　　1 实 验

　　实验用钢采用50kg真空感应炉冶炼，具体成分如表1所示. 锻造成120mm(纵向)(100mm(横向)(110mm ( 厚度) 的钢坯. 钢坯在1180℃以上加热1h，空冷至1020～980℃进行第一阶段轧制; 轧后加速冷却至780℃，进行第二阶段轧制，精轧后采用水幕冷却方式直接淬火，冷却速度大于30℃/s. 厚度减薄为11mm; 轧制总压缩比为10.从淬火后钢板上取样，分别在不同温度下进行回火，回火温度为150、200、250、300、350、400、500、600℃，保温1h，如图1所示.

　　利用Formastor-FⅡ全自动相变仪，结合金相 - 硬度对实验钢的连续冷却转变曲线进行测量. 试样经磨光和抛光后，采用体积分数4% 的硝酸酒精溶液进行腐蚀，利用Olympus GX51型显微镜观察金相组织. 试样的硬度在上海横一VH-5维氏硬度计上进行，载荷为5kg. 从轧后钢板上切取Ф8mm横向拉伸试样，依照GB/T228—2002在WE-300液压拉伸试验机上进行. 冲击试样按GB/T229—2007在JBN-300N试验机上进行，采用Charpy V型缺口试样，纵向取样，试样规格为10mm×10mm×55mm，实验温度为-40℃ . 利用日立S-4300冷场发射扫描电子显微镜(SEM)和日立H800透射电子显微镜(TEM) 观察试样显微组织形貌. TEM 试样采用电解双喷减薄，电解液采用体积分数6% 的高氯酸酒精溶液，双喷电压20～25V，温度-20℃. 利用萃取碳复型技术制备薄膜样品，在Tecnai G2F20高分辨透射电镜下观察析出的第二相粒子. 利用饱和苦味酸+盐酸+洗涤剂混合溶液腐蚀试样原始奥氏体晶界，采用截线法对原始奥氏体晶粒进行粒径统计，统计的晶粒数大于600.