回火温度对低碳贝氏体钢AH80DB冲击韧性的影响*

吴金跃 赵贤平 窦玉香 杨柳 陈新慈 王志国(安阳钢铁集团有限责任公司)

回火温度对低碳贝氏体钢AH80DB冲击韧性的影响*

吴金跃 赵贤平 窦玉香 杨柳 陈新慈 王志国(安阳钢铁集团有限责任公司)

研究了低碳贝氏体钢AH80DB不同回火温度对冲击韧性的影响。研究结果表明，在250℃左右M/A岛开始分解，300℃～350℃分解数量多，尺寸大，且沿晶界分布，发生了回火脆性，导致冲击韧性差。随着回火温度的升高，M/A岛的分解在500～550℃基本完成，冲击韧性逐渐升高。

回火温度 AH80DB 冲击韧性 M/A岛 回火脆性

0 前言

低碳贝氏体钢AH80DB在工程机械、桥梁、舰船、汽车及海洋设施等行业需求较大，是世纪更新换代的新钢种之一。该钢的中温转变组织通常是多边形铁素体、粒状贝氏体和板条贝氏体的一种或几种复合组织。适宜的回火工艺可使低碳贝氏体钢在保持高抗拉强度的同时，显著提高屈服强度和屈强比，并使冲击韧性和疲劳性能有所增加，而不适宜的回火工艺会引起脆性，严重损害强韧性。笔者研究了回火温度对低碳贝氏体钢AH80DB冲击韧性的影响，通过不同温度系列的回火试验，研究回火前后冲击韧性的变化规律，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 试验材料与方法

试验材料取自安钢炉卷生产的25mm厚度低碳贝氏体AH80DB钢板。试验共取样四组，第一组试样轧态的冲击性能良好，第二组试样轧态的冲击性能一般，其余两组试样轧态的冲击性能较差，通过不同温度的回火试验研究回火温度对钢板冲击性能的影响。试验钢板的化学成分见表1。

表1 试验钢板的化学成分wt%

回火试验在箱式马弗炉中进行，将四组试样分别在250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃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加工成标准冲击试样，在AHC－30SA型冲击试验机上进行冲击试验。试样经磨制、机械抛光后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，用ZEISS Observert A1.m金相显微镜观察微观组织形貌。

2 试验结果

2.1 不同回火温度下的冲击性能

四组试样原始热轧状态和不同回火温度下的纵向冲击性能如图1所示。

由图1可以看出，不同热轧状态下的钢板经过250℃～550℃系列回火，冲击性能呈现基本相同的变化规律，即较低温度回火时冲击功明显增大，随着回火温度的升高，在250℃以后冲击功急剧下降，在300℃～350℃降到最小值，在随后更高的温度区间回火时，冲击功逐渐上升，而后小幅下降。

图1 试样轧态和不同回火温度下的冲击性能

2.2 不同回火温度下的微观组织

第一组试样轧态和不同回火温度下中心处的金相组织照片如图2所示。

图2 试样轧态和不同回火温度下的微观组织形貌

由图2可以看出，热轧状态下试样心部组织主要为板条贝氏体和粒状贝氏体，可见沿板条间均匀分布的细小的M/A岛。250℃回火时岛状相的数量增多，尺寸长大，300℃回火时不但岛状相数量急剧增加，尺寸明显长大，而且许多岛状相相互连接成片，沿晶界分布，350℃回火时组织中板条贝氏体消失，以粒状贝氏体为主，其上的岛状相数量明显减少，晶内的岛状相变得均匀细小，但大多数沿晶界分布的岛状相尺寸仍然较大，400℃～550℃回火时，岛状相数量逐渐减少，尺寸也逐渐变小，600℃回火时组织中形成了较多的多边形铁素体，晶粒尺寸明显变大，而岛状相变得细小，分布趋于弥散。

3 分析讨论

钢铁材料在一定的温度范围内回火时，其冲击韧性会急剧下降，这种现象称为钢的回火脆性。在250℃～400℃温度范围内出现的回火脆性叫第一类回火脆性，也叫低温回火脆性［1］。以粒状贝氏体或以准贝氏体为主的复相组织，在某一定温度范围内回火会引起回火贝氏体脆性［2］。由图1可见试验钢在300℃～350℃温度区间内可能出现了低温回火脆性。

许多研究表明［3－4］低碳贝氏体钢回火脆性的出现与残余奥氏体的分解密切相关。在高强度钢中残留奥氏体的稳定性对韧性的影响很大。稳定的残余奥氏体改善钢的断裂韧性和冲击韧性，反之，则会恶化断裂韧性和冲击韧性。通常残余奥氏体的稳定性是热稳定性和机械稳定性共同作用的结果，热稳定性是指残余奥氏体在不同回火温度下发生分解的程度，机械稳定性指在载荷作用下发生形变诱发相变的程度［5］。低碳贝氏体钢中残余奥氏体以两种形式存在，一种是以薄膜状存在于贝氏体铁素体板条内和板条间，一种是以块状存在于M/A岛中。在较低温度回火时，贝氏体铁素体条片间和亚单元间的残余奥氏体处于稳定状态，对钢的韧性起到了有利作用，所以冲击韧性会增加。从图2(b)中可以看出250℃回火时岛状相已发生了分解，但其冲击韧性仍显著提高，这可能是因为:尽管此时残余奥氏体热稳定性降低，发生少量分解，但是这些岛状相属富碳相，随回火温度的升高，会形成一定数量的碳钉扎位错，提高马氏体相变的切变阻力，从而使未分解的残余奥氏体机械稳定性提高，所以最终仍可使韧性有所改善［6］。随着回火温度的升高，一方面残余奥氏体的热稳定性降低，发生大量分解，同时伴随碳化物的析出，析出的碳化物，尤其是沿晶界析出的碳化物既为裂纹形核提供了有利位置，又容易成为裂纹扩展的途径，因而导致冲击韧性显著下降，另一方面温度升高，碳原子扩散速度增大，脱离位错区导致未分解残余奥氏体的机械稳定性降低，经一定量塑性变形后应变诱导形成高碳马氏体，引发裂纹产生，也是导致冲击韧性降低的原因之一。在更高温度回火时，残余奥氏体分解基本完成，冲击功又会有所上升［7－8］。

关于低温回火脆性出现的温度区间，依钢种和组织状况的不同也不尽相同。一般说来，具有粒状贝氏体组织的钢，其回火脆性区温度范围较宽，且脆性区的下限温度偏低，接近于250℃。本文试验钢回火脆性的峰谷温度出现在300℃～350℃相对较高的区间，这可能是由于微合金元素Si、Mo的加入推迟了回火脆性的缘故［8］。一定含量的Si、Mo能够有效阻止贝氏体相变过程中碳化物的析出，使贝氏体铁素体条内或条间存在稳定的残余奥氏体，从而推迟残余奥氏体的分解，提高回火抗力，使贝氏体钢的回火脆性曲线向右推移，峰谷值出现的回火温度升高［1－3］。

4 结论

1)AH80DB低碳贝氏体钢在300℃～350℃回火发生了回火脆性，在实际生产过程中应避开这一回火温度区间，避免冲击韧性恶化而导致的性能降低。

2)AH80DB低碳贝氏体钢在250℃～550℃回火温度区间发生了岛状相的分解，250℃左右岛状相开始分解，300℃～350℃分解数量多，尺寸大，且沿晶界分布，是导致冲击韧性差的主要原因。

3)随着回火温度的升高，岛状相的分解在500℃～550℃基本完成，冲击韧性逐渐升高。

［1］崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理.北京:机械工业出版社，2007:190－278.

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［7］赵捷，王志奇，李建平.低碳粒状贝氏体钢强韧化机理的探讨.天津理工学院学报，2000，16(1):11 －15.

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EFFECT OF TEMPERING TEMPERATURE ON IMPACT TOUGHNESS OF LOW CARBON BAINITIC STEEL AH80DB

Wu Jinyue Zhao Xianping Dou Yuxiang Yang Liu Chen Xinci Wang Zhiguo
(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

Effect of different tempering temperature on impact toughness of low carbon bainitic steel AH80DB is investigated.The results show that the M/A islands start to decompose at about 250℃ and decompose greatly between 300℃～350℃ with large grain along boundary which leads to bad impact toughness from temper brittleness.With the tempering temperature rise，the resolve of M/A islands basically complete within 300℃～350℃，then the impact toughness gradually rise.

tempering temperature AH80DB impact toughness M/A islands temper brittleness

*联系人:赵贤平，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁集团有限责任公司技术中心;

2012—4—3