第44卷 第4期 2009年4月
钢铁
Iron and Steel
Vo l.44,N o.4
April 2009
变形温度与冷却速率对含Nb 中碳钢晶粒细化的影响
赵英利1,2, 时 捷2, 董 瀚2, 谢 刚1
(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院，云南昆明650093; 2.钢铁研究总院结构材料研究所，北京100081)摘 要：利用G leeble 1500热模拟试验机，以含N b 中碳钢为研究对象，研究了不同变形温度与冷却速率对再加热淬火后奥氏体晶粒细化的影响及其晶粒细化的机制。结果表明：经热变形后直接淬火+再加热淬火工艺得到的奥氏体晶粒尺寸均小于10 m，且随热变形温度的降低，原奥氏体晶粒由等轴晶粒变成扁平化晶粒，经再加热淬火后，得到的奥氏体晶粒逐渐细化；与变形后以5 /s 冷速缓冷的工艺相比，变形后直接淬火经再加热淬火后的奥氏体晶粒细化更明显。
关键词：晶粒细化；再结晶；直接淬火；逆相变
中图分类号:T G 142 4 文献标识码:A 文章编号:0449 749X (2009)04 0077 05
Effect of Deformation Temperature and Cooling Rate on Grain
Size Refining of Medium Carbon Nb Bearing Steel
ZH AO Ying li 1,2, SH I Jie 2, DONG H an 2, XIE Gang 1
(1.School of M ater ial and M etallurg y Engineer ing ,Kunming U niv er sity of Science and T echnolog y,
K unming 650093,Yunnan,China; 2.Institute for Structural M ateria ls,
Centr al I ron and Steel R ear ch Institute,Beijing 100081,China)
Abstract:By using Gleeble 1500machine,the effect of differ ent defo rmatio n temper ature and cooling rate o n gr ain refinement o f austenite g rains after reheat quenching and the mechanism of g rain refinement wer e studied.T he re sults show that austenite g rains size are all less than 10 m
by hot defo rm follo wed by direct quenching,and then re heat quenching ,austenite g rains r efining wit h decreasing defo rmation temperature as a r esult of pr io r austenite gr ains become fro m equiax ed g rains to pancake g rains;T he finer austenite g rain can be obtained by hot defo rm fo l low ed by dir ect quenching and then r eheat quenching ,compared w ith hot deform fo llow ed by slow cooling at 5 /s and then r eheat quenching.
Key words:g r ain refinement;recr ystallizatio n;direct quenching;rev er transfor mation
作者简介：赵英利(1981 )，男，博士生; E mail :zyl8401292@163 com; 修订日期:2008 07 31
经典语录社会现实句子钢铁结构材料正在朝 超细晶、高洁净、高均匀!的 新一代钢铁材料!发展，其中核心技术是超细晶，按照H all Perch 关系式，通过将当前工业细晶粒尺寸(一般为20 m 左右)细化一个数量级，钢铁材料的强度可提高一倍，同时保持良好的塑性和韧性配合[1]
。因此晶粒细化是唯一既能使钢材强化又可使其韧化的方式
[2]
。
多年来，学者们对高温下奥氏体形变再结晶及晶粒细化问题进行过深入的研究
[3~8]
。Grang e 等
曾在1965年提出两种细化奥氏体晶粒的方法[4]
什么是三级教育，一是在A c 3点附近施加大变形，得到完全再结晶组织后快冷的所谓 形变热处理工艺!；二是在室温与Ac 3点之间的所谓 快速加热冷却循环工艺!。
同时，研究表明
[9]
，快速加热到马氏体转变终了
温度之上，马氏体可以通过马氏体晶格切变方式转变成奥氏体。转变来的奥氏体具有高密度位错，并
且这种高密度位错奥氏体在转变温度之上进行保温时会发生再结晶[10]，从而可以细化奥氏体晶粒。
本研究以含Nb 中碳钢为研究对象，采用热变形后分别直接淬火与空冷+再加热淬火工艺，研究了不同变形温度与冷速对再加热淬火后奥氏体晶粒细化的影响。两点式方程公式
1 试验材料与方法
所用材料是在真空感应炉中冶炼，炼得115kg 铸锭锻造成50mm 厚的方坯。从方坯上取Gleeble 试样，试样尺寸为 8mm ∀15m m 。试验用钢的主要化学成分见表1。
表1 试验用钢的化学成分(质量分数)Table 1 Chemical composition of steel
属牛几月出生好%
C S i M n Nb S P 0.19
1.70
1.00
0.050
0.005
0.0066
钢 铁第44卷
本文采用两种试验工艺：工艺一，将试样以20 /s 加热到1150 ，保温5min，然后以5 /s 的冷速，分别冷却到1000、950、850、800 进行单道次压缩，变形量为53%，变形后以0.5 /s 的冷速冷却10s 后，立即水淬。水淬后试样的再加热淬火工艺为:930 ∀15min，水淬；工艺二，将试样以20 /s 加热到1150 ，保温5min，然后以5 /s 的冷速，冷却到850 进行单道次压缩，变形量为36%，其中一个试样变形后以0.5 /s 的冷速冷却10s 后，立即水淬，另一个试样变形后以5 /s 缓冷至室温。两个试样再加热淬火工艺为:930 ∀15min，水淬。
试样沿轴线切开，研磨、抛光制备成金相试样，再经饱和苦味酸水溶液与海鸥牌洗涤灵的混合液腐蚀原奥氏体晶界，在Leica 型光学显微镜下观察原奥氏体晶粒尺寸。
2 试验结果
2.1 变形温度对晶粒细化的影响
试验采用工艺一，考察不同变形温度对再加热淬
火后奥氏体晶粒细化的影响。由图1可以看出，在奥氏体再结晶区变形时,1000 与950 变形后直接淬火，得到的原奥氏体晶粒均为等轴晶粒，且950 变形得到的原奥氏体晶粒比1000 变形得到的晶粒要细小。在未再结晶区变形时,850 与800 变形后直接淬火，得到的原奥氏体晶粒均为扁平化晶粒，且800
变形后在原奥氏体晶界有少量的诱导铁素体晶粒。图2显示的是不同变形温度下的试样经再加热淬火后得到的细小奥氏体晶粒。可以看出，经再加热淬火后，原奥氏体晶粒发生了再结晶，得到的奥氏体晶粒尺寸均小于10 m，而且随着变形温度的降低，再加热淬火后的奥氏体晶粒逐渐细化，奥氏体晶粒尺寸随变形温度的变化如图3所示。2.2 冷却速率对晶粒细化的影响
试验采用工艺二，考察了试样经热变形后以不同冷速冷却对再加热淬火后奥氏体晶粒细化的影响。图4为试样经850 单道次变形，变形量36%，然后分别直接淬火，以5 /s 冷速冷却得到的原奥氏体晶粒照片，可以看出原奥氏体晶粒均为扁平化晶粒，并且两者的尺寸差别不大。图5
所示
图1 不同温度变形后直接淬火得到的原奥氏体晶粒
Fig.1 Prior austenite grain of direct quenching after diff erent deform temperature
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第4期赵英利等：变形温度与冷却速率对含Nb 中碳钢晶粒细化的
影响
图2 试样经不同温度变形后直接淬火+再加热淬火后的奥氏体晶粒
Fig.2 Austenite grain of direct quenching and reheat quenching af ter hot deform at different
temperature
图3 再加热淬火后的奥氏体晶粒尺寸随变形温度的变化
Fig.3 Relationship between prior austenite grain
after reheat quenching and deform at
different temperature
为直接淬火与缓冷试样分别经再加热淬火后得到的奥氏体晶粒，可以看出奥氏体晶粒均为等轴细小的晶粒，说明在再加热过程中发生了再结晶，使得奥氏体晶粒得到细化。并且与缓冷试样经再加热淬火后的奥氏体晶粒相比较，直接淬火试样经再加热淬火后的奥氏体晶粒细化明显。
3 讨论
优抚优待条例3.1 变形温度对晶粒细化的影响
试样在不同温度变形后直接淬火，经再加热淬火后均得到了等轴细小的奥氏体晶粒，尺寸均小于10 m，较淬火前的原奥氏体晶粒细小，表明在再加热过程中发生了奥氏体再结晶，并且再加热淬火后的奥氏体晶粒随变形温度的降低而逐渐细化。在奥氏体再结晶温度以上变形时，由于再结晶得到的原奥氏体晶粒是等轴且较细小的晶粒，并且随变形温度的降低，原奥氏体晶粒逐渐细化。再加热淬火后，
奥氏体晶粒发生再结晶，随着原奥氏体晶粒的细化，再结晶后的奥氏体晶粒尺寸逐渐减小，这是由于随变形温度的降低，原奥氏体晶粒细化，晶界面积增加，再结晶形核点增多，从而使再加热淬火后得到的奥氏体晶粒尺寸逐渐减小。
而在未再结晶区变形时，原奥氏体晶粒扁平化，晶界面积增大，并产生形变带，在晶粒内形成亚结构和高的位错密度，大量的位错相互缠结形成位错胞状
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钢 铁第44
卷
结构(见图6)，在随后的再结晶过程中，这些位错胞聚合长大，形成亚晶，这些亚晶可以成为再结晶形核点[11]。并且随着变形温度的降低，原奥氏体晶粒具有的位错密度和形变储能增加，再结晶形核点增多，故再加热淬火后，奥氏体晶粒逐渐细化。未再结晶区变形后再加热淬火细化奥氏体晶粒的程度较再结晶区变形后细化奥氏体晶粒的程度要小，这可能是由于在800 变形时，在原奥氏体晶界有诱导铁素体晶粒生成，降低了部分晶界能，会降低随后的奥氏体再结晶细化程度
[6]
。然而，由于原奥氏体晶粒总
体位错密度和形变储能的增加，再加热淬火后仍然细化了奥氏体晶粒，只是细化程度减小。分别在奥氏体再结晶区与未再结晶区变形得到的原奥氏体晶粒对再加热淬火后奥氏体晶粒细化的机制如图6所
示。
图6 原奥氏体晶粒对再加热淬火后
晶粒细化的影响机制
Fig.6 Influence mechanism of prior austenite grain on refinement of the g rain size af ter reheat quenching
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第4期赵英利等：变形温度与冷却速率对含Nb中碳钢晶粒细化的影响
3.2 冷却速率对晶粒细化的影响
试样经850 变形后直接淬火，得到的原奥氏体晶粒继承了由于变形产生的高密度位错。而变形后缓冷的试样，由于运动，位错部分消失，使得原奥氏体晶粒的位错密度降低。高的位错密度，在运动中会互相缠结，形成位错胞(见图6)，这些位错胞聚合长大，形成亚晶，可以作为再结晶晶核[11]。故位错密度越高，在再结晶过程中，再结晶晶内形核点增多。直接淬火试样由于继承了高密度位错，较缓冷试样具有更多的再结晶形核点，再加热淬火后得到的奥氏体晶粒尺寸也更为细小。因此，提高变形后的冷却速率，经再加热淬火后，得到的奥氏体晶粒逐渐细化。
4 结论
(1)利用热变形后直接淬火工艺，含N b中碳钢经再加热淬火后可以得到有效细化的奥氏体晶粒，尺寸在7 m左右。
金莲花胶囊(2)在奥氏体再结晶区变形时，得到的原奥氏体晶粒为等轴晶粒，并且随着变形温度的降低，原奥氏体晶粒逐渐细化，经再加热淬火后，奥氏体晶粒呈逐渐细化的趋势。
(3)在奥氏体未再结晶区变形时，得到的原奥氏体晶粒由等轴晶粒变成扁平化晶粒，随着变形温度的降低，晶界面积与位错胞状结构增多，使得再结晶形核点增多，经再加热淬火后，奥氏体晶粒逐渐细化。
(4)与变形后缓冷试样相比，变形后直接淬火继承了由于变形产生的大量位错胞，这些位错胞作为亚晶可以成为再结晶形核点，故直接淬火试样经再加热淬火后的奥氏体晶粒更细小。
参考文献:
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宝钢建成国内首套COREX渣立磨工艺产线
2008年11月28日，由宝钢自主研发、自主设计、自主集成的国内首套COR EX渣立磨工艺生产线正式投产。当天, 5万多吨CO REX冶金废弃物经过该产线深加工后，成为适用于配制高性能混凝土的新型掺合料∃∃∃COR EX渣微粉。
2007年底，宝钢率先建成了世界最大的熔融还原炼铁装置∃∃∃CO REX C3000冶炼炉。为确保能及时处理冶炼炉每年所产生的60余万吨废渣，提升炼铁废渣的综合利用水平和微粉产品的竞争能力，宝钢发展新型材料公司决定加快建设宝田COREX渣立磨工程。
生产冶炼渣微粉产品所必需的立磨设备和粉磨工艺生产线，因其工艺、技术复杂及超大功率减速机、除尘装置等设备设计、制造技术要求高，过去国内一直没有涉及该领域。宝田COREX渣立磨工程完成可行性研究、通过项目报批等前期工作后，新型材料公司发挥多年来积累的矿渣微粉生产工艺、技术、设备维护及技术改造经验，在消化、吸收引进技术的同时，与工程技术公司成立了联合攻关团队，自主研发、自主设计、自主集成COR EX渣立磨工艺生产线，以填补中国在该领域的空白。经过努力，攻关团队攻克了大型立磨设备的设计、制造等技术难题，成功设计、制造出国内首套CO REX渣立磨工艺生产线。
宝田COREX渣立磨工艺生产线建成后，经过两个月的试生产表明，设备运行稳定，系统工艺指标均达到研制目标，电耗仅为传统球磨系统的50%。与同类进口设备相比，单台设备投资费用可降低25%
手机系统怎么更新至30%，设备供货周期可缩短8个月以上。实践证明，宝钢不仅探索出了一条将冶炼废弃物转化成建筑材料的有效途径，而且具备了提供该类环保型技术装备的能力，为推动中国循环经济发展做出了贡献。
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