低合金调质钢直接淬火回火工艺研究

　　工程机械、矿山机械等行业的发展对高强度焊接结构钢的力学和工艺性能提出更高的要求[1]。屈服强度960～1100MPa级高强钢是目前制造高端工程机械产品的主要结构材料，对于许多生产企业，该等级钢的生产方式仍为控轧控冷加离线调质热处理工艺。然而，近年来直接淬火工艺在中厚钢板生产中的应用逐渐增多，这不仅可使钢材的强度成倍提高，而且在低温韧性、焊接性能、抑制裂纹扩展、钢板均匀冷却以及板形控制等方面都比传统工艺优越[2]。本文设计了低合金调质高强钢的在线直接淬火和回火实验，研究了回火工艺参数对直接淬火马氏体组织和性能的影响规律。

　　1　实验材料与实验方法

　　实验钢的化学成分见表1，采用150kg真空感应炉冶炼并浇铸成锭，锻造成截面尺寸100mm×100mm的长方坯。

　　将钢坯锯切成适合长度并在实验室Φ450轧机上进行轧制和冷却实验。钢坯在箱式电阻炉中加热至1200℃保温1h，并采用两阶段控制轧制工艺。奥氏体再结晶区轧制开轧温度1050℃，道次压下率大于20%，累计压下率70%;未再结晶区轧制开轧温度为900℃，经6道次轧至目标厚度12mm，累积压下率60%。轧后利用实验轧机配置的超快冷设备冷至室温，冷却速度达50～70℃/s。将直接淬火的钢板进行回火实验，回火温度设置200、400、600、700℃4个温度，回火时间1h。检测不同工艺下钢板横向(垂直轧制方向)的室温拉伸性能，加工成Φ6mm的圆棒，标距30mm，平行长度42mm，在WAW-1000型电液伺服万能实验机上进行拉伸实验，拉伸速 率1mm/min;检测钢板纵向(沿轧制方向)V型缺口夏氏冲击性能，试样尺寸10mm×10mm×55mm，在Instron  9250HV落锤 冲击试验机上进行，试验温度-40℃。于钢板纵剖面(沿轧制方向)制取显微组织观察试样，试样表面打磨抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀至灰暗色，采用LEICA  Q550IW光学显微镜(OM)和FEI  Quanta  600扫描电子显微镜(SEM)观察显微组织。采用双喷电解减薄方法制取透射电子显微镜(TEM)试样，电解液采用体积分数9%高氯酸酒精溶液，在FEI  Tecnai  G2F20型电镜上进行观察。

　　2　结果分析与讨论

　　2.1　淬火态显微组织与性能

　　图1为实验钢直接淬火态的显微组织。由图可知，在实验条件下能够获得全部的板条马氏体组织，如图1(a，b)。马氏体板条宽度大部分在0.1～0.5μm，板条含有较高密度的位错，这些位错分布不均匀，形成胞状亚结构，有利于提高基体强度，如图1(c)。图1(d)为马氏体板条间残余奥氏体薄膜和电子衍射花样，马氏体[īīī]、[010]晶带与奥氏体的[10ī]满足K-S关系，其在低温下具有很高稳定性。板条间薄膜状的残余奥氏体在低碳马氏体结构中是普遍存在的，纵使其含量非常少，这些奥氏体薄膜的存在对低碳马氏体的韧性非常有利[3]。