回火温度对低碳贝氏体钢Q685性能影响的研究

韩绍根 娄军魁 杨柳 吴金跃 肖彦中

(安阳钢铁股份有限公司)

回火温度对低碳贝氏体钢Q685性能影响的研究

韩绍根 娄军魁 杨柳 吴金跃 肖彦中

(安阳钢铁股份有限公司)

通过对热轧低碳贝氏体钢Q685不同温度的回火工艺处理，研究了强度、延伸率、冲击性能以及微观组织的变化。结果表明，回火温度对Q685钢的性能产生明显影响。当回火温度为650℃时，屈服强度和抗拉强度分别达到758 MPa和835 MPa，延伸率达到30%，明显高于热轧后的试样;而随回火温度逐渐增加到720℃，性能则显著降低。

回火温度 低碳贝氏体钢 Q685 性能

0前言

低碳贝氏体钢具有较高的强度和韧性，而且工艺简单，易于成型，焊接性能优良，广泛应用在工程机械、造船和石油天然气输送管线等行业［1］。低碳贝氏体高强钢微观组织复杂，轧后回火工艺对其微观结构及析出行为具有明显影响，从而对低碳贝氏体钢的性能产生显著影响［2］。然而当前国内外学者对低碳贝氏体钢的研究仍主要集中于成分设计、轧制工艺以及相变机理等方面，对轧后回火工艺的研究还比较欠缺。本文通过不同温度的回火试验，研究回火前后性能的变化规律，试图探索得到最佳的回火温度区间，为生产提供一定的参考依据。

1 实验

试验材料为25 mm厚度低碳贝氏体Q685钢板。工艺路线为:铁水预脱硫—150 t转炉—LF炉外精炼—板坯连铸—控轧—控冷—矫直—剪切—入库。具体轧制工艺:将钢坯加热至1280℃，保温1 h后进行轧制;轧制分高温和低温两个阶段进行，开轧温度为1140℃，高温阶段的轧制温度控制在1000℃以上;低温阶段的轧制温度控制在970℃以下，并要求累积变形量大于65%，终轧温度为790℃，然后层流冷却，终冷到480℃。化学成分见表1。回火试验在箱式马弗炉中进行。试样分别在600℃、650℃、700℃、720℃的温度下保温1.5 h，然后空冷至室温。将回火处理试样和原始热轧试样按照GB/T229－2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》加工成标准冲击试样，利用AHC－30SA型冲击试验机在0℃时测试材料的冲击功。按照GB/T228－2002《金属材料室温拉伸试验方法》加工标准拉伸试样，在MTS810材料试验机上进行拉伸试验。实验中每种试样均制备三个进行性能测试，在比较时取其算术平均值。实验中对试样进行磨制、机械抛光后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，用ZEISS Observer.A1m金相显微镜观察微观组织形貌。

表1 试验钢板的化学成分 wt%

2 实验结果与讨论

低碳贝氏体钢Q685经过不同的温度回火后的性能见表2。显然，经过不同温度的回火后，材料的性能出现明显不同的变化。

表2 不同回火温度下低碳贝氏体钢Q650的性能

由表2可以看出，经过600℃的回火，Q685钢的屈服强度略有增加，但是抗拉强度与轧态相比有所降低。低碳贝氏体钢中通常存在两类位错:一类是轧制时在变形奥氏体中形成的变形位错，这类位错密度很高，且相互缠结，其上有细小析出物，因此很难移动;另一类是贝氏体相变时由于体积效应产生的相变位错，密度较低，分布均匀，边界平直，容易运动并消失。因此在回火温度相对较低时(实验中600℃)，相变位错首先发生回复，位错密度下降，再加上此阶段回火，固溶强化作用减弱，而析出强化作用还没明显显现出来，所以导致抗拉强度降低，屈服强度升高。

当回火温度为650℃时，试样的屈服强度和抗拉强度都呈现比较明显的增加现象，分别达到758 MPa和835 MPa，与轧态时相比分别提高了7.5%和5.0%。这是由于随着回火温度的升高，由于轧后快速冷却来不及析出的强碳氮化物粒子，经高温长时间回火充分析出，而此时变形位错由于先析出的碳氮化物的钉扎还未发生回复或者只是部分回复［3－4］，位错强化作用依然很强，因此在这一阶段出现了新的强化现象，形成强度峰值。

当回火温度增加到700℃时，屈服强度和抗拉强度均出现了降低，明显低于轧态时的强度值。随着回火温度进一步增加到720℃，试样的强度降低更为显著。回火温度较高时，一方面碳氮化物析出粒子逐渐长大，并粗化，位错开始脱离析出物的钉扎，因而使位错强化、析出强化效果明显减弱，同时贝氏体板条也逐渐粗化，板条之间发生合并，形成多边形铁素体，因此强度随之下降［5］。

延伸率随回火温度的变化如图1(a)所示，可以看到随回火温度的增加延伸率逐渐增加。轧态时试样的延伸率为20%，经过600℃的回火，延伸率获得明显提高，达到28%，而经过720℃的回火，则可以达到35%。

冲击性能随回火温度的变化如图1(b)所示，可以看到，经过650℃的回火，低碳贝氏体钢Q650可以获得较高的冲击功，而随着回火温度的进一步增加，冲击功则明显降低。

图1 不同回火温度下低碳贝氏体钢Q685性能的变化

控轧控冷得到的低碳贝氏体组织，由于其尺寸细小，比界面积大，因而有通过粗化降低界面能的趋势;同时中温转变组织是一种亚稳组织，体自由能高，回火时有向平衡组织转变的趋势。在低碳贝氏体钢的贝氏体组织类型中，板条贝氏体是最不稳定的组织，而多边形铁素体是最稳定的组织，因此在回火过程中，板条贝氏体通过贝氏体铁素体板条的粗化，合并逐渐向多边形铁素体转变［6］。实验中低碳贝氏体钢Q650轧态和经过不同温度回火后的微观组织照片如图2、图3、图4、图5、图6所示。

图2 原始轧态组织

图3 600℃回火组织

图6 720℃回火组织

由组织照片可以看出，原始热轧状态下的组织为细小的板条贝氏体和粒状贝氏体的混合组织，其中以板条贝氏体为主。经过600℃回火后，贝氏体铁素体板条略微粗化。而在经过650℃回火后，贝氏体板条结构基本消失，转变为粒状贝氏体。随回火温度增加到700℃，出现了多边形铁素体，这时主要为多边形铁素体和粒状贝氏体的混合组织。随回火温度增加到720℃，多边形铁素体含量增加，而且晶粒尺寸明显粗化，这将引起材料性能的降低。

3 结论

1)低碳贝氏体钢Q685经过650℃回火后，屈服强度和抗拉强度分别达到758 MPa和835 MPa，延伸率达到30%，明显高于热轧后的试样。随回火温度逐渐增加到720℃，性能显著降低。

2)随着回火温度由650℃增加到720℃，板条贝氏体逐渐粗化消失，粒状贝氏体增多，并出现多边形铁素体。

［1］ 苏素娟，栾道成，陈晓男.回火温度对新型贝氏体钢组织与性能的影响.热加工工艺，2008，37(20):57 －59.

［2］ 王克鲁，鲁世强，陈庆军等.回火温度对热轧低碳贝氏体钢显微组织和力学性能的影响.机械工程材料，2009，33(5):9－11.

［3］ 肖九红，曹波.Q550D钢板的研制及其回火工艺的分析.轧钢，2009，26(5):16 －19.

［4］ 武会宾，尚成嘉，赵云堂，等.回火对低碳贝氏体钢组织稳定性及力学性能的影响.钢铁，2005，40(3):62 －65.

［5］ 陈颜堂，郭爱民，贺信莱，等.回火对铌微合金化C－Mn钢的组织及性能的影响.金属热处理，2007，32(6):27－29.

［6］ 王建泽，康永林，杨善武，等.回火温度对超低碳贝氏体钢(ULCB)组织与性能的影响.金属热处理，2007，32(11):19－22.

STUDY ON EFFECT OF TEMPERING TEMPERATURE ON PROPERTIES OF Q685 LOW CARBON BAINITE STEEL

Han Shaogen Lou Junkui Yang Liu Wu Jinyue Xiao Yanzhong

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The change of the strength，the elongation ratio，the impact properties and the microstructure are investigated through tempering process treatment under different temperature for Q685 hot rolled low carbon bainite steel.The results show the tempering temperature has an obvious impact on the properties of Q685 steel.Yielding strength and tensile strength are respectively 758MPa and 835MPa and the elongation ratio is 30%at 650 ℃ tempering temperature，which are obviously higher than those of hot rolled samples.Properties will greatly lowered with the tempering temperature increasing to 720 ℃.

tempering temperature low carbon bainite steel Q685 properties

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2011—1—25