调质低碳贝氏体钢的组织和性能

D0L:10.13374M.issm1001-053x.2012.02.003 第34卷第2期 北京科技大学学报 Vol.34 No.2 2012年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2012 调质低碳贝氏体钢的组织和性能 徐立善余伟四张烨铭卢小节 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail::yuwei@nercar.usth.cdu.cn 摘要研究了C-Mn-MoCu-Nb-T雪-B系低碳微合金钢915℃淬火和490-640℃回火的调质工艺对钢的组织及力学性能 的影响.用扫描电镜和透射电镜对实验钢的组织、析出物形态和分布以及断口形貌进行观察，采用X射线衍射仪分析钢中残 余奥氏体的体积分数.结果表明：调质后，实验钢获得贝氏体、少量马氏体及残余奥氏体复相组织，贝氏体板条宽度只有 250nm,残余奥氏体的体积分数随着回火温度的升高而降低，经淬火与520℃回火后残余奥氏体的体积分数为2.1%.调质后 析出物的数量激增，6~15nm的析出物占70%以上.实验钢经过915℃淬火与520℃回火后，其屈服强度达到915MPa,抗拉 强度990MP,-40℃冲击功为95J.细小的析出物及窄的板条提高了钢的强度.板条间有残余奥氏体存在，改善了实验钢的 韧性. 关键词高强钢：热处理：残余奥氏体：析出物：微观组织；力学性能 分类号TG142.1 Microstructure and mechanical properties of low carbon bainite steel treated by quenching and tempering XULi-shan,YU Wei☒，ZHANG Ye-ming,LU Xiao-jie National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China Corresponding author.E-mail:yuwei@nerear.ustb.edu.cn ABSTRACT The effects of quenching at 915 C and tempering at 490~640 C on the microstructure and mechanical properties of C- Mn-Mo-Cu-Nb-Ti-B based low-carbon microalloyed steel were investigated.The microstructure,the shape and distribution of precipi- tates,and the fractograph of the steel were observed by scanning electron microscopy (SEM)and transmission electron microscopy (TEM).The volume fraction of retained austenite was measured by X-ray diffractometry (XRD).The results show that a multiphase microstructure with bainite,martensite and retained austenite is achieved after quenching and tempering.The bainite lath is 250 nm in width.The volume fraction of retained austenite decreases with the tempering temperature rising,and it is 2.1%after tempering at 520C.The quantity of precipitates increases sharply after heat treatment,and the proportion of precipitates in a size range of 6 to 15 nm is above 70%.After quenching at 915 C and tempering at 520C.the test steel has a yield strength of 915 MPa,a tensile strength of 990 MPa and a-40C impact energy of 95 J.Fine precipitates and narrow lath bainite can enhance the strength,but the retained austenite existing between bainite laths can significantly improve the toughness. KEY WORDS high strength steel:heat treatment:retained austenite:precipitates:microstructure:mechanical properties 工程机械用钢不仅需要具有高强度，而且要有 当量改善高强度钢的焊接性能.目前，900MPa级 良好的低温韧性和焊接性能.低碳贝氏体钢可以具 别以上高强度钢的韧性普遍较低，冲击功仅有60J 有高强度、优异的韧性和良好的焊接性能，因此 左右2).低的韧性限制了高强度工程机械用钢的 成为钢铁行业的研究重点.国内开发的10O0MPa 应用.因此，探索一种低成本的高强韧性钢板及生 级高强度钢就是利用微合金元素的强化，降低含碳 产工艺十分必要. 量来达到强度与韧性的配合，采用低碳含量和低碳 收稿日期：2010-12-11 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAE03A06)

第 34 卷 第 2 期 2012 年 2 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 2 Feb． 2012 调质低碳贝氏体钢的组织和性能 徐立善 余 伟 张烨铭 卢小节 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083 通信作者，E-mail: yuwei@ nercar． ustb． edu． cn 摘 要 研究了 C--Mn--Mo--Cu--Nb--Ti--B 系低碳微合金钢 915 ℃淬火和 490 ～ 640 ℃回火的调质工艺对钢的组织及力学性能 的影响． 用扫描电镜和透射电镜对实验钢的组织、析出物形态和分布以及断口形貌进行观察，采用 X 射线衍射仪分析钢中残 余奥氏体的体积分数． 结果表明: 调质后，实验钢获得贝氏体、少量马氏体及残余奥氏体复相组织，贝氏体板条宽度只有 250 nm，残余奥氏体的体积分数随着回火温度的升高而降低，经淬火与 520 ℃回火后残余奥氏体的体积分数为 2. 1% ． 调质后 析出物的数量激增，6 ～ 15 nm 的析出物占 70% 以上． 实验钢经过 915 ℃ 淬火与 520 ℃ 回火后，其屈服强度达到 915 MPa，抗拉 强度 990 MPa，－ 40 ℃冲击功为 95 J． 细小的析出物及窄的板条提高了钢的强度． 板条间有残余奥氏体存在，改善了实验钢的 韧性． 关键词 高强钢; 热处理; 残余奥氏体; 析出物; 微观组织; 力学性能 分类号 TG142. 1 Microstructure and mechanical properties of low carbon bainite steel treated by quenching and tempering XU Li-shan，YU Wei ，ZHANG Ye-ming，LU Xiao-jie National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: yuwei@ nercar． ustb． edu． cn ABSTRACT The effects of quenching at 915 ℃ and tempering at 490 ～ 640 ℃ on the microstructure and mechanical properties of C￾Mn-Mo-Cu-Nb-Ti-B based low-carbon microalloyed steel were investigated． The microstructure，the shape and distribution of precipi￾tates，and the fractograph of the steel were observed by scanning electron microscopy ( SEM) and transmission electron microscopy ( TEM) ． The volume fraction of retained austenite was measured by X-ray diffractometry ( XRD) ． The results show that a multiphase microstructure with bainite，martensite and retained austenite is achieved after quenching and tempering． The bainite lath is 250 nm in width． The volume fraction of retained austenite decreases with the tempering temperature rising，and it is 2. 1% after tempering at 520 ℃ ． The quantity of precipitates increases sharply after heat treatment，and the proportion of precipitates in a size range of 6 to 15 nm is above 70% ． After quenching at 915 ℃ and tempering at 520 ℃，the test steel has a yield strength of 915 MPa，a tensile strength of 990 MPa and a － 40 ℃ impact energy of 95 J． Fine precipitates and narrow lath bainite can enhance the strength，but the retained austenite existing between bainite laths can significantly improve the toughness． KEY WORDS high strength steel; heat treatment; retained austenite; precipitates; microstructure; mechanical properties 收稿日期: 2010--12--11 基金项目: “十一五”国家科技支撑计划资助项目( 2006BAE03A06) 工程机械用钢不仅需要具有高强度，而且要有 良好的低温韧性和焊接性能． 低碳贝氏体钢可以具 有高强度、优异的韧性和良好的焊接性能［1］，因此 成为钢铁行业的研究重点． 国内开发的 1 000 MPa 级高强度钢就是利用微合金元素的强化，降低含碳 量来达到强度与韧性的配合，采用低碳含量和低碳 当量改善高强度钢的焊接性能［2］． 目前，900 MPa 级 别以上高强度钢的韧性普遍较低，冲击功仅有 60 J 左右［2--3］． 低的韧性限制了高强度工程机械用钢的 应用． 因此，探索一种低成本的高强韧性钢板及生 产工艺十分必要． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.003

·126 北京科技大学学报 第34卷 表1.实验用钢采用降低碳含量来改善焊接性能与 1 实验材料及实验方法 低温韧性，添加适量微合金元素Nb、T等，利用其细 实验用钢采用50kg真空炉冶炼，其化学成分见 化晶粒作用以及析出强化作用提高强度和韧性. 表1实验钢的主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical composition of the experimental steel C Si Mn P Cu Nb Ti B Mo +Ni+Cr 0.08 0.38 1.7 0.0060.004 0.9 0.04 0.05 0.05 0.0023 0.80-1.40 将钢锭锻造成70mm×70mm×100mm的热轧 率大于60%，轧后空冷至790℃，再水冷至320℃后 坯.将钢坯加热温度设定为1230℃，保温1.5h后 空冷至室温.对获得的钢板进行热处理，热处理工 经过两阶段控制轧制，轧成12mm厚钢板.奥氏体 艺为915℃加热35min,淬火至室温，将淬火后的钢 再结晶区轧制终轧温度为1020℃，轧制3道次，最 板分别在箱式电阻炉内进行490、520、550、580、610 后1道次压下率大于15%，总压下率大于60%.待 和640℃等温度下的回火，保温1h,然后水冷至室 温至温度950℃，开始奥氏体未再结晶区轧制，终轧 温.实验工艺如图1所示. 温度为820℃，道次压下率保证不低于10%，总压下 1200 1050 915℃离线淬火 900 750 水冷 高温回火 B 450 空冷 时间 图1实验工艺示意图 Fig.1 Schematic diagram of experiment processes 拉伸试验采用直径为5mm、标距为30mm的圆 强度降至1000MPa左右.随回火温度升高，延伸率 柱形标准试样，在万能试验机作常温拉伸试验.低 变化大体可以分为两个阶段：580℃以下回火为第 温冲击韧性试样为国家标准夏比冲击试样，垂直于 一阶段，在这个阶段延伸率处于上升阶段，490~ 轧制方向取样，冲击试验温度为-40℃.扫描电镜 520℃回火对延伸率的影响不大，延伸率稳定在 分析的样品是在表面机械抛光后，用4%硝酸酒精 16.5%,在580℃回火延伸率达到了最高水平 溶液侵蚀.薄膜试样先经机械减薄至60μm再经化19.5%：第二阶段是在580℃以上，回火温度升高， 学减薄，用透射电镜分析高倍组织.在金相试样表 延伸率稍有降低.冲击韧性随回火温度的变化如 面用萃取复型提取析出物，用透射电镜观察析出物 图2(b)所示.-40℃冲击功在回火后总体有所提 的形态及分布.将试样在20%高氯酸、10%甘油与 高，在520℃回火时出现峰值，冲击功平均值达到了 70%酒精的混合溶液中电解抛光，然后利用X射线 95J.随着回火温度的升高，实验钢的强度降低，韧 衍射仪测定残余奥氏体的含量. 性及塑性改善.在520℃回火时，钢的屈服强度为 2实验结果 915MPa,抗拉强度超过990MPa,延伸率达到 16.5%,-40℃冲击功平均值为95J,综合性能 2.1力学性能 优异. 淬火及经过不同温度回火1h后钢强度变化如 2.2微观组织分析 图2(a)所示.可以看出，经过再加热淬火后，钢的 高强韧性低碳贝氏体钢的组织由板条贝氏体、 强度下降较多，轧态的抗拉强度为1263MPa,经过 少量马氏体及残余奥氏体组成，有研究表明4：板 热处理后下降到1000MPa左右.回火温度升高，钢 条贝氏体、马氏体和残余奥氏体的复相组织在保持 的强度呈现单调下降，当回火温度超过550℃，抗拉 高强度的同时对冲击性能有改善。图3为不同温度

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 1 实验材料及实验方法 实验用钢采用50 kg 真空炉冶炼，其化学成分见 表 1． 实验用钢采用降低碳含量来改善焊接性能与 低温韧性，添加适量微合金元素 Nb、Ti 等，利用其细 化晶粒作用以及析出强化作用提高强度和韧性． 表 1 实验钢的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical composition of the experimental steel % C Si Mn P S Cu V Nb Ti B Mo + Ni + Cr 0. 08 0. 38 1. 7 0. 006 0. 004 0. 9 0. 04 0. 05 0. 05 0. 002 3 0. 80 ～ 1. 40 将钢锭锻造成 70 mm × 70 mm × 100 mm 的热轧 坯． 将钢坯加热温度设定为 1 230 ℃，保温 1. 5 h 后 经过两阶段控制轧制，轧成 12 mm 厚钢板． 奥氏体 再结晶区轧制终轧温度为 1 020 ℃，轧制 3 道次，最 后 1 道次压下率大于 15% ，总压下率大于 60% ． 待 温至温度 950 ℃，开始奥氏体未再结晶区轧制，终轧 温度为 820 ℃，道次压下率保证不低于 10% ，总压下 率大于 60% ，轧后空冷至 790 ℃，再水冷至 320 ℃后 空冷至室温． 对获得的钢板进行热处理，热处理工 艺为 915 ℃加热 35 min，淬火至室温，将淬火后的钢 板分别在箱式电阻炉内进行 490、520、550、580、610 和 640 ℃等温度下的回火，保温 1 h，然后水冷至室 温． 实验工艺如图 1 所示． 图 1 实验工艺示意图 Fig． 1 Schematic diagram of experiment processes 拉伸试验采用直径为 5 mm、标距为 30 mm 的圆 柱形标准试样，在万能试验机作常温拉伸试验． 低 温冲击韧性试样为国家标准夏比冲击试样，垂直于 轧制方向取样，冲击试验温度为 － 40 ℃ ． 扫描电镜 分析的样品是在表面机械抛光后，用 4% 硝酸酒精 溶液侵蚀． 薄膜试样先经机械减薄至 60 μm 再经化 学减薄，用透射电镜分析高倍组织． 在金相试样表 面用萃取复型提取析出物，用透射电镜观察析出物 的形态及分布． 将试样在 20% 高氯酸、10% 甘油与 70% 酒精的混合溶液中电解抛光，然后利用 X 射线 衍射仪测定残余奥氏体的含量． 2 实验结果 2. 1 力学性能 淬火及经过不同温度回火 1 h 后钢强度变化如 图 2( a) 所示． 可以看出，经过再加热淬火后，钢的 强度下降较多，轧态的抗拉强度为 1 263 MPa，经过 热处理后下降到 1 000 MPa 左右． 回火温度升高，钢 的强度呈现单调下降，当回火温度超过 550 ℃，抗拉 强度降至 1 000 MPa 左右． 随回火温度升高，延伸率 变化大体可以分为两个阶段: 580 ℃ 以下回火为第 一阶段，在这个阶段延伸率处于上升阶段，490 ～ 520 ℃回火对延伸率的影响不大，延伸率稳定在 16. 5% ，在 580 ℃ 回 火 延 伸 率 达 到 了 最 高 水 平 19. 5% ; 第二阶段是在 580 ℃ 以上，回火温度升高， 延伸率稍有降低． 冲击韧性随回火温度的变化如 图 2( b) 所示． － 40 ℃ 冲击功在回火后总体有所提 高，在 520 ℃回火时出现峰值，冲击功平均值达到了 95 J． 随着回火温度的升高，实验钢的强度降低，韧 性及塑性改善． 在 520 ℃ 回火时，钢的屈服强度为 915 MPa，抗 拉 强 度 超 过 990 MPa，延 伸 率 达 到 16. 5% ，－ 40 ℃ 冲击功平均值为 95 J，综合性能 优异． 2. 2 微观组织分析 高强韧性低碳贝氏体钢的组织由板条贝氏体、 少量马氏体及残余奥氏体组成，有研究表明［4--5］: 板 条贝氏体、马氏体和残余奥氏体的复相组织在保持 高强度的同时对冲击性能有改善． 图 3 为不同温度 ·126·

第2期 徐立善等：调质低碳贝氏体钢的组织和性能 ·127· 回火后实验钢微观组织的扫描电镜照片.图3()、(P)组织，导致强度下降较大.在490~520℃回火 (b)电镜照片显示经过490、520℃回火1h后的试 时，板条较细.回火温度过高使板条间的扩散加快， 样板条清晰，板条状组织明显.图3(c)、(d)组织照 板条内部的位错消失，造成了板条宽度的增加，降低 片中已经开始出现较大的碳化物，板条开始变粗变 了强度.析出物在490℃可能已经充分析出，随着 短.图3(e)、()的组织照片中板条的边界已经不 回火温度的升高，析出物颗粒开始长大，对强度的贡 明显，板条束变宽，甚至出现少量多边形铁素体 献变小.这是490℃回火钢板强度最高的原因. (a) 20 1300 100 一。一抗拉强度 ■冲击试样1 (b) 一·一屈服强度 ·冲击试样2 1200 一0一延伸率 号 ▲冲击试样3 18 40 900 800 0 1写 500 550 600 650 0 500550600650 回火温度℃ 回火温度℃ 图2回火温度对实验钢力学性能的影响.(a)对强度及延伸率的影响：(b)对-40℃冲击功的影响 Fig.2 Effects of tempering temperature on the mechanical properties of the steel:(a)strength and elongation:(b)toughness at -40 C 3题 图3不同回火温度回火组织的扫描电镜照片.(a)490℃：(b)520℃：(c)550℃：(d山)580℃：(c)610℃：(0640℃ Fig.3 SEM images of samples tempered at different temperatures:(a)490℃；(b)520℃；(e)550℃；(d)580℃；(e）610℃；()640℃ 图4为淬火后经520℃回火后试样的透射电镜 射线衍射分析测出915℃淬火后残余奥氏体体积分 照片.图4(a)中可以看出贝氏体板条较细，约为 数为11.3%，经过490℃回火后为2.4%，520℃回火 250nm左右.图4(b)中可以看到许多析出物弥散 后为2.1%.回火使残余奥氏体含量减少：回火温度 分布在基体上，析出物尺寸较小，约在15nm左右， 越高，残余奥氏体量越少.在贝氏体基体内有大量析 起到了弥散强化的作用.图4(c)为存在于贝氏体 出物，其中形状为圆形的小颗粒析出物，经过衍射分 板条间的残余奥氏体膜，(d)为(c)位置对应的透射 析，确定为eCu析出物（图4(e)).e-Cu析出温度 电镜暗场照片，残余奥氏体以膜状形式存在于贝氏 低，450℃时就会形成，强化效果好回；更高温度就会 体板条间将对钢的韧性有很大的提高[6).通过X 使εC山析出长大，降低强度，改善韧性和塑性

第 2 期 徐立善等: 调质低碳贝氏体钢的组织和性能 回火后实验钢微观组织的扫描电镜照片． 图 3( a) 、 ( b) 电镜照片显示经过 490、520 ℃ 回火 1 h 后的试 样板条清晰，板条状组织明显． 图 3( c) 、( d) 组织照 片中已经开始出现较大的碳化物，板条开始变粗变 短． 图 3( e) 、( f) 的组织照片中板条的边界已经不 明显，板条束变宽，甚至出现少量多边形铁素体 ( PF) 组织，导致强度下降较大． 在 490 ～ 520 ℃回火 时，板条较细． 回火温度过高使板条间的扩散加快， 板条内部的位错消失，造成了板条宽度的增加，降低 了强度． 析出物在 490 ℃ 可能已经充分析出，随着 回火温度的升高，析出物颗粒开始长大，对强度的贡 献变小． 这是 490 ℃回火钢板强度最高的原因． 图 2 回火温度对实验钢力学性能的影响 . ( a) 对强度及延伸率的影响; ( b) 对 － 40 ℃冲击功的影响 Fig． 2 Effects of tempering temperature on the mechanical properties of the steel: ( a) strength and elongation; ( b) toughness at － 40 ℃ 图 3 不同回火温度回火组织的扫描电镜照片 . ( a) 490 ℃ ; ( b) 520 ℃ ; ( c) 550 ℃ ; ( d) 580 ℃ ; ( e) 610 ℃ ; ( f) 640 ℃ Fig． 3 SEM images of samples tempered at different temperatures: ( a) 490 ℃ ; ( b) 520 ℃ ; ( c) 550 ℃ ; ( d) 580 ℃ ; ( e) 610 ℃ ; ( f) 640 ℃ 图 4 为淬火后经 520 ℃回火后试样的透射电镜 照片． 图 4 ( a) 中可以看出贝氏体板条较细，约为 250 nm 左右． 图 4( b) 中可以看到许多析出物弥散 分布在基体上，析出物尺寸较小，约在 15 nm 左右， 起到了弥散强化的作用． 图 4( c) 为存在于贝氏体 板条间的残余奥氏体膜，( d) 为( c) 位置对应的透射 电镜暗场照片，残余奥氏体以膜状形式存在于贝氏 体板条间将对钢的韧性有很大的提高［6--7］． 通过X 射线衍射分析测出 915 ℃淬火后残余奥氏体体积分 数为 11. 3%，经过 490 ℃回火后为 2. 4%，520 ℃回火 后为 2. 1% ． 回火使残余奥氏体含量减少; 回火温度 越高，残余奥氏体量越少． 在贝氏体基体内有大量析 出物，其中形状为圆形的小颗粒析出物，经过衍射分 析，确定为 ε--Cu 析出物( 图 4( e) ) ． ε--Cu 析出温度 低，450 ℃时就会形成，强化效果好［2］; 更高温度就会 使 ε--Cu 析出长大，降低强度，改善韧性和塑性． ·127·

·128· 北京科技大学学报 第34卷 析出物 残余奥氏体 00m 100nm 图4试样经520℃回火后的透射电镜照片.(a)板条贝氏体：(b)基体上的析出物：（©）残余奥氏体明场像：(d)残余奥氏体暗场像：(。) fe和析出eCu衍射斑 Fig.4 TEM images of samples tempered at 520C:(a)lath-shape bainite:b)precipitates on the matrix:(c)bright field micrograph of retain austenite:(d)dark field micrograph of retain austenite:(e)diffraction pattern of a-Fe and g-Cu precipitates 2.3断口分析 样断口中左面为明显的解理小断面及解理扇形，右 图5是实验钢经不同温度回火后冲击试样的断 面主要是韧窝带，韧窝小且浅，呈现沿品断裂和解理 口照片.490℃回火试样断口形貌为解理面以及少 断口形貌（图5(c)),这可能与550℃回火时的晶界 量浅韧窝带，有明显沿晶断裂与准解理断裂特征，如 偏聚有关，偏聚降低晶界强度：550℃以上更高的回 图5(a)所示：520℃回火后的试样断口形貌中韧窝 火温度，试样断口形貌主要为浅小韧窝和准解理断 占据了较大比例，韧窝较深且数量较多，但是仍然可 裂（图5(d)5(e)和5(）)，断口中可见脆性物呈条 以看到少量解理面及撕裂棱（图5(b)),说明实验 带状分布，能谱分析其成分为Mn、Fe、S和Ti等，确 钢在断裂前发生了较大的塑性变形，为韧性断裂，可 定为硫化物夹杂，这种夹杂物导致长度达数百微米 以判断在520℃回火后低温韧性优良；550℃回火试 的层状撕裂，将会严重影响冲击韧性 10 图5不同温度回火后冲击断口照片.(a)490℃：(b)520℃：(c)550℃：(d580℃：(c)610℃：()640℃ Fig.5 Fractographs of samples tempered at different temperatures:(a)490℃；(b)520℃；(c）550℃：(d)580℃：(g）610℃；(0640℃

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 4 试样经 520 ℃回火后的透射电镜照片 . ( a) 板条贝氏体; ( b) 基体上的析出物; ( c) 残余奥氏体明场像; ( d) 残余奥氏体暗场像; ( e) α--Fe 和析出 ε--Cu 衍射斑 Fig． 4 TEM images of samples tempered at 520 ℃ : ( a) lath-shape bainite; ( b) precipitates on the matrix; ( c) bright field micrograph of retain austenite; ( d) dark field micrograph of retain austenite; ( e) diffraction pattern of α-Fe and ε-Cu precipitates 图 5 不同温度回火后冲击断口照片 . ( a) 490 ℃ ; ( b) 520 ℃ ; ( c) 550 ℃ ; ( d) 580 ℃ ; ( e) 610 ℃ ; ( f) 640 ℃ Fig． 5 Fractographs of samples tempered at different temperatures: ( a) 490 ℃ ; ( b) 520 ℃ ; ( c) 550 ℃ ; ( d) 580 ℃ ; ( e) 610 ℃ ; ( f) 640 ℃ 2. 3 断口分析 图 5 是实验钢经不同温度回火后冲击试样的断 口照片． 490 ℃ 回火试样断口形貌为解理面以及少 量浅韧窝带，有明显沿晶断裂与准解理断裂特征，如 图 5( a) 所示; 520 ℃ 回火后的试样断口形貌中韧窝 占据了较大比例，韧窝较深且数量较多，但是仍然可 以看到少量解理面及撕裂棱( 图 5( b) ) ，说明实验 钢在断裂前发生了较大的塑性变形，为韧性断裂，可 以判断在 520 ℃回火后低温韧性优良; 550 ℃回火试 样断口中左面为明显的解理小断面及解理扇形，右 面主要是韧窝带，韧窝小且浅，呈现沿晶断裂和解理 断口形貌( 图 5( c) ) ，这可能与 550 ℃回火时的晶界 偏聚有关，偏聚降低晶界强度; 550 ℃ 以上更高的回 火温度，试样断口形貌主要为浅小韧窝和准解理断 裂( 图 5( d) 、5( e) 和 5( f) ) ，断口中可见脆性物呈条 带状分布，能谱分析其成分为 Mn、Fe、S 和 Ti 等，确 定为硫化物夹杂，这种夹杂物导致长度达数百微米 的层状撕裂，将会严重影响冲击韧性． ·128·

第2期 徐立善等：调质低碳贝氏体钢的组织和性能 ·129· 2.4析出物分析 实验钢中添加了Nb、Ti等微合金元素，在高温 60 22☑520℃ 阶段起到阻止晶粒长大、细化晶粒的作用，同时在轧 50 2☒490℃ 制及后续的热处理过程中微合金的析出起到强化作 40 用.图6为经过在490℃、520℃回火后析出物粒度 统计，可以发现析出物尺寸都比较小.经过490℃ 20 回火后，1~5nm的析出物达到了24%，6~10nm的 10 析出物占50%；520℃回火后析出物的尺寸主要在 288 1-5 6~10nm之间，这个尺寸的析出物占了62%，在 6-10 11-15 16-2021-25 直径lnm 11~15nm区间的析出物占20%.对比可知，随着回 图6490℃520℃回火后的析出物粒度统计 火温度的升高，析出物尺寸变大.两回火试样中，尺 Fig.6 Statistic values of precipitate granularity after tempering at 寸在6~15nm的析出物所占比例超过70%. 490℃and520℃ 图7为不同工艺条件下析出物的形态与分布. 490℃回火后析出物照片如图7(b)所示，图中析出 e 公 N 光 6 810121416 1820 能量从cV 图7不同工艺条件下析出物的透射电镜照片及能谱.(a)轧态：(b)490℃回火：（©）520℃回火：(d)大尺寸析出物：（©）大尺寸析出 物能谱 Fig.7 TEM images and spectrum of precipitates after different processes:a)as-rolled;b)tempered at 490C:(c)tempered at 520 C;d) big-size precipitates:(e)spectrum of big size precipitates

第 2 期 徐立善等: 调质低碳贝氏体钢的组织和性能 2. 4 析出物分析 实验钢中添加了 Nb、Ti 等微合金元素，在高温 阶段起到阻止晶粒长大、细化晶粒的作用，同时在轧 制及后续的热处理过程中微合金的析出起到强化作 图 7 不同工艺条件下析出物的透射电镜照片及能谱 . ( a) 轧态; ( b) 490 ℃回火; ( c) 520 ℃回火; ( d) 大尺寸析出物; ( e) 大尺寸析出 物能谱 Fig． 7 TEM images and spectrum of precipitates after different processes: ( a) as-rolled; ( b) tempered at 490 ℃ ; ( c) tempered at 520 ℃ ; ( d) big-size precipitates; ( e) spectrum of big size precipitates 用． 图 6 为经过在 490 ℃、520 ℃ 回火后析出物粒度 统计，可以发现析出物尺寸都比较小． 经过 490 ℃ 回火后，1 ～ 5 nm 的析出物达到了 24% ，6 ～ 10 nm 的 析出物占 50% ; 520 ℃ 回火后析出物的尺寸主要在 6 ～ 10 nm 之间，这个尺寸的析出物占了 62% ，在 11 ～ 15 nm 区间的析出物占20% ． 对比可知，随着回 火温度的升高，析出物尺寸变大． 两回火试样中，尺 寸在 6 ～ 15 nm 的析出物所占比例超过 70% ． 图 7 为不同工艺条件下析出物的形态与分布． 图 6 490 ℃、520 ℃回火后的析出物粒度统计 Fig． 6 Statistic values of precipitate granularity after tempering at 490 ℃ and 520 ℃ 490 ℃回火后析出物照片如图 7( b) 所示，图中析出 ·129·