DH36高强度船板钢的动态CCT曲线

史学星，鞠新华，王 蕾，白 冰

（1.首钢技术研究院，北京100043；2.中冶京诚工程技术有限公司，北京100176）

0 引 言

连续冷却转变（CCT）曲线的绘制是新钢种开发的一个基本研究内容，动态CCT曲线反映了钢在连续冷却过程中过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也是制定轧制工艺和热处理工艺的重要依据［1］。DH36高强度船板钢因具有较高的强度和良好的低温冲击韧性，能够满足船舶工业的需要，越来越多地应用于船舶制造［2］。但目前在文献中很难查到DH36高强度船板钢的动态CCT曲线、TTT曲线等基础参考数据。而在高性能船板钢的生产过程中，必须通过有效控制轧制和轧后冷却过程中钢的相变组织，来优化控轧控冷工艺［3］。为此，作者利用热模拟试验机和光学显微镜等研究了DH36船板钢的动态连续冷却相变和组织演变规律，并测定了不同冷速下转变产物的硬度，建立了DH36钢的动态CCT曲线，为制定合理的冷却和热处理工艺提供依据。

1 试样制备与试验方法

试验材料为热轧态DH36钢板，其化学成分（质量分数／%）为≤0.15C，≤0.50Si，0.9～1.6Mn，≤0.025P，≤0.015S，微量铌。

将热轧态DH36钢加工成φ8mm×12mm的热模拟试样，在Gleeble－2000D型热模拟试验机上将其加热到1 150℃保温5min，然后以5℃·s－1的冷速冷却到1 080℃，进行压缩变形，变形量为27%，变形速率为5s－1；再以5℃·s－1冷速冷却到850℃，进行压缩变形，变形量为23%，变形速率为10s－1，然后分别以0.2，1，3，5，7，10，13，15，18，20，30℃·s－1冷速冷却到室温。

取热轧态DH36钢加工成φ6mm×25mm圆棒状热膨胀试样，在DIL402C型热膨胀仪上按照YB／T 5127－1993［4］以3℃·min－1的升降温速率进行临界相变点测定试验。

采用OLS3100型共聚焦光学显微镜观察不同冷速下DH36钢的显微组织，腐蚀剂为体积分数为4%的硝酸酒精溶液；采用FM－7型显微硬度仪测不同冷速下DH36钢的硬度，每个冷速下分别测5个点取平均值；采用顶杆膨胀法结合金相硬度法绘制DH36钢的动态CCT曲线［5］。

2 试验结果与讨论

2.1 临界相变点

由图1见，DH36钢的临界相变点Ac1、Ac3、Ar1和Ar3点分别为724.8，859.8，631.5，778.3℃。

2.2 相变组织

由图2可见，当冷速小于1℃·s－1，DH36钢组织为铁素体和珠光体；随着冷速的提高，贝氏体含量增加，珠光体含量逐渐减少；当冷速达到15℃·s－1，组织为贝氏体和少量铁素体；冷速继续提高，达到30℃·s－1时开始有马氏体生成。

图1 DH36钢的临界相变点Fig.1 Critical phase transformation points of DH36steel

不同冷速下DH36钢的组织及硬度分析结果如表1所示。

表1 不同冷速下DH36钢的组织和硬度Tab.1 Microstructure and hardness of DH36steel at different cooling rates

根据热模拟曲线上的拐点确定不同冷速下的相变温度。其中，部分相变点通过金相定量分析软件对组织定量分析并结合杠杆原理计算得到，不同冷速下的相变温度如表2所示。

2.3 动态CCT曲线

在温度－时间对数的坐标上绘出表2中不同冷速下的相变点，并用拟合连线法将各物理意义相同的点连接起来（其中实测数据用实线表示，计算数据用虚线表示），同时在该坐标上标出Ac1、Ac3、Ms和Mf点（其中，Ac1和Ac3由试验测得；Ms和Mf点通过文献 ［6］提供的经验计算公式得到，即 Ms＝454℃，Mf＝304℃），即可绘出如3图所示的动态CCT曲线。

由图2，3可见，DH36钢在0.2～30℃·s－1的冷速下都有铁素体组织生成，只是铁素体的形态随冷速的不同会发生变化。冷速慢时，以块状或等轴多边形为主；冷速快时，铁素体组织细化并以针状为主，数量很少。在0.2～13℃·s－1冷速范围内发生珠光体转变，且随着冷速的提高珠光体含量逐渐减少。贝氏体转变冷速范围则比较宽，冷速达到3℃·s－1时，就出现少量贝氏体，其形态类似针状铁素体，且随着冷速提高，贝氏体含量增多且呈细小的板条状。冷速达到30℃·s－1，开始有板条状马氏体生成。

表2 不同冷速下DH36钢的相变温度Tab.2 Phase transformation temperatures of DH36steel at different cooling rates ℃

图3 DH36钢的动态CCT曲线Fig.3 Dynamic CCT curves of DH36steel

由图4可见，DH36钢的显微硬度随着冷速的提高而增大，当冷速达到30℃·s－1时，显微硬度明显增大。这一方面是因为随着冷速的提高，其组织细化产生细晶强化；另一方面是因为随着冷速提高，软相的铁素体体积分数减少，硬相贝氏体体积分数增多的缘故。当冷速达到30℃·s－1，开始有马氏体生成，因而钢的显微硬度才明显增大。

图4 DH36钢显微硬度与冷速的关系Fig.4 Micro－hardness vs cooling rate for DH36steel

综上所述，虽然DH36钢的冷却范围较窄，与现场实际生产还存在一定差异，但利用膨胀法结合硬度法绘制出的DH36钢的动态CCT曲线，为优化该钢的热加工工艺特别是控轧控冷工艺提供了一定参考。

3 结 论

（1）当DH36钢的冷速小于1℃·s－1时，得到铁素体和珠光体组织；冷速在3～13℃·s－1范围内，得到铁素体、贝氏体和少量珠体组织；冷速达到15℃·s－1时，得到贝氏体和少量铁素体组织；冷速达到30℃·s－1时，开始有马氏体生成。

（2）DH36钢的显微硬度随冷速的提高而增大，当冷速达到30℃·s－1时，显微硬度值明显增大。

［1］徐光，张丕军.金属低温变形理论与技术［M］.北京：冶金工业出版社，2007.

［2］王克柱.50mmDH36高强度船用结构钢板的开发［J］.甘肃冶金，2008（1）：1－5.

［3］王伟，苏志敏.EH40高强度船板钢动态CCT曲线的研究［J］.宽厚板，2009（5）：4－26.

［4］YB／T 5127－1993，钢的临界点测定方法（膨胀法）［S］.

［5］YB／T 5128－1993，钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）［S］.

［6］徐祖耀.马氏体相变与马氏体［M］.北京：科学出版社，1993.