热轧态与回火态AH80DB低碳贝氏体钢组织与冲击韧性

工程科学学报，第38卷，第3期：357-363,2016年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.3:357-363,March 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.03.009:http://journals.ustb.edu.cn 热轧态与回火态AH80DB低碳贝氏体钢组织与冲击 韧性 赵雷超”，孙斌堂”，黄运华》，张施琦》，丁一”，闫小琴)，张跃” 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新材料技术研究院，北京100083 3)长江大学机械工程学院，荆州434023 ☒通信作者，E-mail:xqyan(@mater.ustb.cdu.cn 摘要采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对热轧态和回火态AH80DB低碳贝氏体钢的显微组织、马氏 体/奥氏体(M/A)岛、第二相的析出行为以及晶界取向差、有效晶粒尺寸进行研究，揭示回火后低碳贝氏体钢冲击韧性得到改 善的原因.结果表明：两种试样的组织均由板条状贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体组成，其中回火态试样中针状铁素体组 织较多.热轧态钢中存在较大尺寸M/A岛且呈方向性分布，大角度晶界比例占17.33%，有效晶粒尺寸为3.57um;而回火态 钢中M/A岛的尺寸较小，大角度晶界比例增加3.43%，有效晶粒尺寸减小0.56μm.热轧态钢中析出相主要是(Nb,T)C,尺 寸在50~150nm之间，回火态试样中析出较多细小的球状(Nb,Ti)C析出相，尺寸在10nm左右. 关键词低碳钢：贝氏体：冲击韧性；显微组织：析出相 分类号TG142.2 Microstructure and impact toughness of hot rolled and tempered low carbon bainitic steel AH80DB ZHAO Lei--ehao”,SUN Bin-tang”',HUANG Yun-hua,ZHANG Shi-g》,DlNG,YAN Xiao-gin回，ZHANG Yue” 1)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)College of Mechanical Engineering,Yangtze University,Jingzhou 434023,China Corresponding author,E-mail:xqyan@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT The microstructure,martensite/austenite (M/A)islands,precipitated phases,high-angle grain boundaries and effec- tive grain size of hot rolled and tempered low carbon bainitic steel AH80DB were studied by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM)and electron back-scattered diffraction (EBSD).The reason for the improvement in impact toughness of the low carbon bainitic steel after tempering was discovered.The results show that the microstructures of both the samples mainly consist of lath bainite,granular bainite and acicular ferrite.There is more acicular ferrite in the tempered steel.Coarse M/A islands are found in the hot rolled steel and its distribution is directional,the ratio of large-angle grain boundaries is 17.33%,and the average effective grain size is 3.57 um.Nevertheless,the size of M/A islands decreases after tempering.Besides,the ratio of large- angle grain boundaries increases by 3.43%and the average effective grain size decreases by 0.56 um after tempering.The precipita- ted phase of the hot rolled steel is (Nb,Ti)C with the size of 50-150 nm,while much small and spherical precipitates with the size of about 10 nm appear after tempering. KEY WORDS low carbon steel:bainite:impact toughness:microstructure;precipitation 收稿日期：201501-23 基金项目：教育部创新团队和新世纪人才计划资助项目(RT1106):高等学校学科创新引智计划资助项目(B140O3):中央高校基本科研业务 费资助项目(FRF-As-3001A)

工程科学学报，第 38 卷，第 3 期: 357--363，2016 年 3 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 3: 357--363，March 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 03． 009; http: / /journals． ustb． edu． cn 热轧态与回火态 AH80DB 低碳贝氏体钢组织与冲击 韧性 赵雷超1) ，孙斌堂1) ，黄运华2) ，张施琦3) ，丁 一1) ，闫小琴1) ，张 跃1) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083 3) 长江大学机械工程学院，荆州 434023  通信作者，E-mail: xqyan@ mater． ustb． edu． cn 摘 要 采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对热轧态和回火态 AH80DB 低碳贝氏体钢的显微组织、马氏 体/奥氏体( M/A) 岛、第二相的析出行为以及晶界取向差、有效晶粒尺寸进行研究，揭示回火后低碳贝氏体钢冲击韧性得到改 善的原因． 结果表明: 两种试样的组织均由板条状贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体组成，其中回火态试样中针状铁素体组 织较多． 热轧态钢中存在较大尺寸 M/A 岛且呈方向性分布，大角度晶界比例占 17. 33% ，有效晶粒尺寸为 3. 57 μm; 而回火态 钢中 M/A 岛的尺寸较小，大角度晶界比例增加 3. 43% ，有效晶粒尺寸减小 0. 56 μm． 热轧态钢中析出相主要是( Nb，Ti) C，尺 寸在 50 ～ 150 nm 之间，回火态试样中析出较多细小的球状( Nb，Ti) C 析出相，尺寸在 10 nm 左右． 关键词 低碳钢; 贝氏体; 冲击韧性; 显微组织; 析出相 分类号 TG142. 2 收稿日期: 2015--01--23 基金项目: 教育部创新团队和新世纪人才计划资助项目( IＲT1106) ; 高等学校学科创新引智计划资助项目( B14003) ; 中央高校基本科研业务 费资助项目( FＲF-As-13-001A) Microstructure and impact toughness of hot rolled and tempered low carbon bainitic steel AH80DB ZHAO Lei-chao 1) ，SUN Bin-tang1) ，HUANG Yun-hua2) ，ZHANG Shi-qi 3) ，DING Yi 1) ，YAN Xiao-qin1)  ，ZHANG Yue 1) 1) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Institute for Advanced Materials and Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) College of Mechanical Engineering，Yangtze University，Jingzhou 434023，China Corresponding author，E-mail: xqyan@ mater． ustb． edu． cn ABSTＲACT The microstructure，martensite /austenite ( M/A) islands，precipitated phases，high-angle grain boundaries and effec￾tive grain size of hot rolled and tempered low carbon bainitic steel AH80DB were studied by scanning electron microscopy ( SEM) ， transmission electron microscopy ( TEM) and electron back-scattered diffraction ( EBSD) ． The reason for the improvement in impact toughness of the low carbon bainitic steel after tempering was discovered． The results show that the microstructures of both the samples mainly consist of lath bainite，granular bainite and acicular ferrite． There is more acicular ferrite in the tempered steel． Coarse M/A islands are found in the hot rolled steel and its distribution is directional，the ratio of large-angle grain boundaries is 17. 33% ，and the average effective grain size is 3. 57 μm． Nevertheless，the size of M/A islands decreases after tempering． Besides，the ratio of large￾angle grain boundaries increases by 3. 43% and the average effective grain size decreases by 0. 56 μm after tempering． The precipita￾ted phase of the hot rolled steel is ( Nb，Ti) C with the size of 50--150 nm，while much small and spherical precipitates with the size of about 10 nm appear after tempering． KEY WOＲDS low carbon steel; bainite; impact toughness; microstructure; precipitation

·358 工程科学学报，第38卷，第3期 微合金低碳贝氏体钢具有高强度、高韧性、优良的 度、保温时间等)对低碳贝氏体钢组织和力学性能的 焊接性能等优点，使其成为了一类新型钢种，在建筑、 影响研究较多-)，但对回火前后低碳贝氏体钢冲击 船舶、桥梁、矿井支架、输油管线等领域具有广泛应用 韧性改善的原因研究较少. 前景.该钢种主要是通过碳、钛、铌、钒、铬、钼、硼等元 本文采用不同的实验手段，对热轧态和回火态低 素配合，既能在较宽的冷却速度范围内得到贝氏体组 碳贝氏体钢AH80DB的冲击断口形貌、显微组织、第 织，又能通过降低含碳量，使其具有较好的焊接性 二相的析出行为以及大小角度晶界的变化规律等进行 能”.但仅仅适当的控轧控冷，并不能使其优良的性 细致的研究，探究其回火前后冲击韧性显著改善的原因 能充分发挥出来，往往要配合以相应的热处理工艺 1 实验材料及方法 例如，抗拉强度600MPa以上的低碳贝氏体钢往往要 经过回火处理，一方面可以消除内应力：另一方面可以 实验材料是在某钢厂大生产转炉上治炼AH80DB 促进第二相的析出，均匀热轧态的组织和稳定力学性 低碳贝氏体钢，取自30mm厚钢板.该实验钢的化学 能.目前，大多数学者针对不同的回火参数（回火温 成分如表1所示 表1实验钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the studied steel C Si Mn Mo Cu B Nb Ti Al +Ni+Cr Fe 0.05 0.18 1.68 0.125 0.03 0.0015 <0.01 <0.01 0.004 0.44 97.43 该实验钢的控轧控冷工艺如图1所示.首先将铸 属薄片预减薄至50μm左右，冲出3mm的小圆片， 坯加热到1240℃，保温2.5~3.5h,确保在轧制前使合 用电解双喷制备透射电镜样品，在Tecnai30型透射电 金元素充分回溶到奥氏体中.采用两阶段轧制对实验 镜对第二相粒子的析出物行为进行分析；沿轧制方向 钢进行热轧：第1阶段主要是在再结晶区进行轧制，该 取10mm×5mm×1.2mm的长方体小片，经过打磨、抛 阶段在980℃以上完成：第2阶段轧制为非再结晶区 光后，在高氯酸乙醇溶液中进行电解抛光，最后利用配 轧制，轧制开始温度859℃.总共分为13道次，累计压 备的电子背散射衍射探头的ZEISS ULTRA55场发射 下量为63.8%，终轧温度在780℃.轧制完成后弛豫 扫描电镜对两种试样的晶界取向差和有效晶粒尺寸进 一段时间，水淬，冷至450℃时，空冷至室温，最后经过 行研究，选取步长为0.5μm,扫描范围为100um× 480℃、105min回火处理 125μm,利用Channel5.0软件对数据进行分析 实验选取热轧态冲击功为26.2J和回火态冲击功 1240℃，2.5-3.5h 为230J的两试样进行对比研究. 奥氏体再结品区 2实验结果 ，。。+,,。， 奥氏体非再结品区 2.1冲击断口形貌 。。4.4。。 在-20℃条件下进行冲击试验，断口形貌如图2 水冷 所示.由图2(a)可以看出：整个断面大部分区域出现 空冷 沿晶断裂，基体表面有许多小片组成，小片成顺序排列 流向V型缺口的裂纹部位，没有出现明显的撕裂痕 时间 迹.从图2(c)可以看出热轧态试样大部分区域为解 图1控轧控冷工艺 理河流状花样.从图2(b)中可以看出，整个断口的四 Fig.1 Schematic diagram of the experimental program for thermo 周以及中间区域均出现明显塑性变形的撕裂痕迹，该 mechanical control 断口试样上大部分区域为韧窝断裂，仅在中间圆圈框 内出现脆性断裂标志的解理花样，成为裂纹的快速扩 在热轧钢板以及回火处理后的钢板上切取标准冲 展区.从图2()中可以看出，韧窝细小且分布均匀， 击试样，冲击试验所用试样为Charp V型缺口试样，尺 呈现明显的延性断裂 寸为55mm×10mm×10mm,测试温度为-20℃.将线 2.2显微组织观察 切割后的试样，经过镶嵌、打磨和抛光后，经4%硝酸 为了研究热轧态与回火态试样冲击韧性存在显著 乙醇溶液侵蚀，在Carl ZEISS Imager m2m型光学显微 差异的微观机理，对两种试样金相组织进行观察，如 镜上进行金相组织观察：在E0L一6490型扫描电镜 图3所示.从图中可知，两种试样的组织主要为粒状 上，观察M/A岛的组织、形态及分布：取0.3mm的金 贝氏体、板条状贝氏体和针状铁素体.回火态试样中

工程科学学报，第 38 卷，第 3 期 微合金低碳贝氏体钢具有高强度、高韧性、优良的 焊接性能等优点，使其成为了一类新型钢种，在建筑、 船舶、桥梁、矿井支架、输油管线等领域具有广泛应用 前景． 该钢种主要是通过碳、钛、铌、钒、铬、钼、硼等元 素配合，既能在较宽的冷却速度范围内得到贝氏体组 织，又能 通 过 降 低 含 碳 量，使其具有较好的焊接性 能［1］． 但仅仅适当的控轧控冷，并不能使其优良的性 能充分发挥出来，往往要配合以相应的热处理工艺． 例如，抗拉强度 600 MPa 以上的低碳贝氏体钢往往要 经过回火处理，一方面可以消除内应力; 另一方面可以 促进第二相的析出，均匀热轧态的组织和稳定力学性 能． 目前，大多数学者针对不同的回火参数( 回火温 度、保温时间等) 对低碳贝氏体钢组织和力学性能的 影响研究较多［2--3］，但对回火前后低碳贝氏体钢冲击 韧性改善的原因研究较少． 本文采用不同的实验手段，对热轧态和回火态低 碳贝氏体钢 AH80DB 的冲击断口形貌、显微组织、第 二相的析出行为以及大小角度晶界的变化规律等进行 细致的研究，探究其回火前后冲击韧性显著改善的原因． 1 实验材料及方法 实验材料是在某钢厂大生产转炉上冶炼 AH80DB 低碳贝氏体钢，取自 30 mm 厚钢板． 该实验钢的化学 成分如表 1 所示． 表 1 实验钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the studied steel % C Si Mn Mo Cu B Nb Ti V Al + Ni + Cr Fe 0. 05 0. 18 1. 68 0. 125 0. 03 0. 0015 ＜ 0. 01 ＜ 0. 01 0. 004 0. 44 97. 43 该实验钢的控轧控冷工艺如图 1 所示． 首先将铸 坯加热到 1240 ℃，保温 2. 5 ～ 3. 5 h，确保在轧制前使合 金元素充分回溶到奥氏体中． 采用两阶段轧制对实验 钢进行热轧: 第 1 阶段主要是在再结晶区进行轧制，该 阶段在 980 ℃以上完成; 第 2 阶段轧制为非再结晶区 轧制，轧制开始温度 859 ℃ ． 总共分为 13 道次，累计压 下量为 63. 8% ，终轧温度在 780 ℃ ． 轧制完成后弛豫 一段时间，水淬，冷至 450 ℃时，空冷至室温，最后经过 480 ℃、105 min 回火处理． 图 1 控轧控冷工艺 Fig． 1 Schematic diagram of the experimental program for thermo mechanical control 在热轧钢板以及回火处理后的钢板上切取标准冲 击试样，冲击试验所用试样为 Charp V 型缺口试样，尺 寸为55 mm × 10 mm × 10 mm，测试温度为 － 20 ℃ ． 将线 切割后的试样，经过镶嵌、打磨和抛光后，经 4% 硝酸 乙醇溶液侵蚀，在 Carl ZEISS Imager m2m 型光学显微 镜上进行金相组织观察; 在 JEOL--6490 型 扫 描 电 镜 上，观察 M/A 岛的组织、形态及分布; 取 0. 3 mm 的金 属薄片预减薄至 50 μm 左右，冲出 3 mm 的小圆片， 用电解双喷制备透射电镜样品，在 Tecnai 30 型透射电 镜对第二相粒子的析出物行为进行分析; 沿轧制方向 取 10 mm × 5 mm × 1. 2 mm 的长方体小片，经过打磨、抛 光后，在高氯酸乙醇溶液中进行电解抛光，最后利用配 备的电子背散射衍射探头的 ZEISS ULTＲA55 场发射 扫描电镜对两种试样的晶界取向差和有效晶粒尺寸进 行研究，选取步长为 0. 5 μm，扫描范围为 100 μm × 125 μm，利用 Channel 5. 0 软件对数据进行分析． 实验选取热轧态冲击功为 26. 2 J 和回火态冲击功 为 230 J 的两试样进行对比研究． 2 实验结果 2. 1 冲击断口形貌 在 － 20 ℃条件下进行冲击试验，断口形貌如图 2 所示． 由图 2( a) 可以看出: 整个断面大部分区域出现 沿晶断裂，基体表面有许多小片组成，小片成顺序排列 流向 V 型缺口的裂纹部位，没有出现明显的撕裂痕 迹． 从图 2( c) 可以看出热轧态试样大部分区域为解 理河流状花样． 从图 2( b) 中可以看出，整个断口的四 周以及中间区域均出现明显塑性变形的撕裂痕迹，该 断口试样上大部分区域为韧窝断裂，仅在中间圆圈框 内出现脆性断裂标志的解理花样，成为裂纹的快速扩 展区． 从图 2( d) 中可以看出，韧窝细小且分布均匀， 呈现明显的延性断裂． 2. 2 显微组织观察 为了研究热轧态与回火态试样冲击韧性存在显著 差异的微观机理，对两种试样金相组织进行观察，如 图 3 所示． 从图中可知，两种试样的组织主要为粒状 贝氏体、板条状贝氏体和针状铁素体． 回火态试样中 ·358·

赵雷超等：热轧态与回火态AH80DB低碳贝氏体钢组织与冲击韧性 ·359· (a) 2 mm 10m 10m 图2不同实验钢的冲击断口形貌.(a,c)热轧态：(b,d)回火态 Fig.2 Impact fracture morphology of the tested steels:(a,c)hot rolled steel:(b,d)tempered steel (b) 50μm 50m 图3热轧态()和回火态(b)实验钢显微组织 Fig.3 Microstructures of the hot rolled (a)and tempered (b)steels 针状铁素体组织较多.这是因为经过回火处理后，热 和板条状贝氏体组织典型形貌，如图4所示. 轧态试样中残留富碳奥氏体组织可以部分或全部分解 由图5扫描电镜可以看出：热轧态试样板条间 为铁素体和碳化物，使得回火后试样中针状铁素体组 距约为5μm左右，分布较均匀，在晶界与晶内均发 织增多.热轧态与回火态实验钢中粒状M/A岛组织 现较多的M/A岛且呈方向性分布，尺寸最大可达到 (a) L) (c) 200nm 图4实验钢中粒状M/A岛组织(a,b)和板条状贝氏体组织() Fig.4 Granular M/A islands (a,b)and lath bainite (c)in the studied steels

赵雷超等: 热轧态与回火态 AH80DB 低碳贝氏体钢组织与冲击韧性 图 2 不同实验钢的冲击断口形貌． ( a，c) 热轧态; ( b，d) 回火态 Fig． 2 Impact fracture morphology of the tested steels: ( a，c) hot rolled steel; ( b，d) tempered steel 图 3 热轧态( a) 和回火态( b) 实验钢显微组织 Fig． 3 Microstructures of the hot rolled ( a) and tempered ( b) steels 针状铁素体组织较多． 这是因为经过回火处理后，热 图 4 实验钢中粒状 M/A 岛组织( a，b) 和板条状贝氏体组织( c) Fig． 4 Granular M/A islands ( a，b) and lath bainite ( c) in the studied steels 轧态试样中残留富碳奥氏体组织可以部分或全部分解 为铁素体和碳化物，使得回火后试样中针状铁素体组 织增多． 热轧态与回火态实验钢中粒状 M/A 岛组织 和板条状贝氏体组织典型形貌，如图 4 所示． 由图 5 扫描电镜可以看出: 热 轧 态 试 样 板 条 间 距约为 5 μm 左右，分布较均匀，在晶界与晶内均发 现较多的 M /A 岛且呈方向性分布，尺寸最大可达到 ·359·

·360· 工程科学学报，第38卷，第3期 2.44μm;经回火处理后，回火态试样中贝氏体板条间 右，板条间的部分小角度晶界消失，晶粒间出现融合长 距增大，热轧态试样中残余奥氏体组织发生全部或部 大现象四.在热轧态和回火态实验钢中均存在纳米级 分分解，使M/A岛组织细化，M/A尺寸为1.52μm左 析出，如图5(c)和(d)所示. (a) 0.5m 图5热轧态(a,c)和回火态(b,d)实验钢扫描电镜形貌 Fig.5 SEM images of the hot rolled (a,c)and tempered (b,d)steels 2.3晶粒取向分布 轧控冷得到均匀贝氏体组织的同时，可以进一步控制 图6(a,b)为实验钢轧向晶粒取向成像图，其中绿 钢中碳氮化物的析出行为.它们可以钉扎位错和细化 线、蓝线、红线和黑线分别表示晶界取向差在2°~5°、 晶粒，获得显著的沉淀强化效果可，有效地改善钢材的 5°~10°、10°~15°及大于15°范围内晶界分布情况. 强度和冲击韧性.为进一步确定析出相形貌、尺寸等， 由图可知：在热轧态试样中，原始奥氏体晶粒沿轧制方 对其进行透射电镜观察. 向被拉长，部分原奥氏体晶界依旧清晰可见.在晶粒 图7所示为热轧态实验钢中晶界附近的析出物， 内部和晶界上分布着许多细小亚结构，将晶粒分割细 尺寸基本上在50~150nm左右，形状以球形或方形居 化，同时混晶现象较严重：经过回火处理后，板条间的 多.图7(a)中A点析出相尺寸为67.8nm,通过能谱 部分小角度晶界消失，晶粒间出现融合长大现象，晶粒 分析其化学成分主要为T和Nb元素，经析出相的衍 尺寸变得更加均匀以及细化.图6(c,d)为实验钢的 射花样计算确定析出相为(N,T)C,没有观察到 取向差分布图，小于2的小角度晶界标定率较低忽略 20nm以下的细小析出物. 不计.由图6(c,d)可知：回火态和热轧态试样大角度 如图8所示，在经过480℃、105min回火后试样中 晶界比例为20.76%和17.33%，小角度晶界比例分别 位错密度显著降低，除原来50~150m较大尺寸的析 为40.6%和44%.有效晶粒是指经轧制后试样中晶 出物外，在铁素体基体上析出较多5~15m细小的球 界取向差大于15°的晶粒.经计算得出：回火和热轧态 状或类球状的析出相，大部分沿晶界析出，少量出现在 试样平均有效晶粒尺寸分别为3.01m和3.57m. 晶粒内部，经能谱分析发现主要化学成分为N、T和 2.4物相分析 C三种元素.经高分辨观察发现析出相尺寸大概在 在热轧态和回火态试样中均发现100nm左右的 10nm左右，条纹间距在0.258nm.经过查找PDF卡片 较大尺寸析出相（图5(c,d)).一般情况下，在低碳钢 发现NbC的(111)晶面间距为0.258nm,TiC的(111) 中添加适当的V、Ti、Nb等微合金元素，通过适当的控 晶面间距为0.251m,与测量值基本吻合，析出相主要

工程科学学报，第 38 卷，第 3 期 2. 44 μm; 经回火处理后，回火态试样中贝氏体板条间 距增大，热轧态试样中残余奥氏体组织发生全部或部 分分解，使 M/A 岛组织细化，M/A 尺寸为 1. 52 μm 左 右，板条间的部分小角度晶界消失，晶粒间出现融合长 大现象［4］． 在热轧态和回火态实验钢中均存在纳米级 析出，如图 5( c) 和( d) 所示． 图 5 热轧态( a，c) 和回火态( b，d) 实验钢扫描电镜形貌 Fig． 5 SEM images of the hot rolled ( a，c) and tempered ( b，d) steels 2. 3 晶粒取向分布 图 6( a，b) 为实验钢轧向晶粒取向成像图，其中绿 线、蓝线、红线和黑线分别表示晶界取向差在 2° ～ 5°、 5° ～ 10°、10° ～ 15°及大于 15°范围内晶界分布情况． 由图可知: 在热轧态试样中，原始奥氏体晶粒沿轧制方 向被拉长，部分原奥氏体晶界依旧清晰可见． 在晶粒 内部和晶界上分布着许多细小亚结构，将晶粒分割细 化，同时混晶现象较严重; 经过回火处理后，板条间的 部分小角度晶界消失，晶粒间出现融合长大现象，晶粒 尺寸变得更加均匀以及细化． 图 6( c，d) 为实验钢的 取向差分布图，小于 2°的小角度晶界标定率较低忽略 不计． 由图 6( c，d) 可知: 回火态和热轧态试样大角度 晶界比例为 20. 76% 和 17. 33% ，小角度晶界比例分别 为 40. 6% 和 44% ． 有效晶粒是指经轧制后试样中晶 界取向差大于 15°的晶粒． 经计算得出: 回火和热轧态 试样平均有效晶粒尺寸分别为 3. 01 μm 和 3. 57 μm． 2. 4 物相分析 在热轧态和回火态试样中均发现 100 nm 左右的 较大尺寸析出相( 图 5( c，d) ) ． 一般情况下，在低碳钢 中添加适当的 V、Ti、Nb 等微合金元素，通过适当的控 轧控冷得到均匀贝氏体组织的同时，可以进一步控制 钢中碳氮化物的析出行为． 它们可以钉扎位错和细化 晶粒，获得显著的沉淀强化效果［5］，有效地改善钢材的 强度和冲击韧性． 为进一步确定析出相形貌、尺寸等， 对其进行透射电镜观察． 图 7 所示为热轧态实验钢中晶界附近的析出物， 尺寸基本上在 50 ～ 150 nm 左右，形状以球形或方形居 多． 图 7( a) 中 A 点析出相尺寸为 67. 8 nm，通过能谱 分析其化学成分主要为 Ti 和 Nb 元素，经析出相的衍 射花样 计 算 确 定 析 出 相 为 ( Nb，Ti) C，没 有 观 察 到 20 nm以下的细小析出物． 如图 8 所示，在经过 480 ℃、105 min 回火后试样中 位错密度显著降低，除原来 50 ～ 150 nm 较大尺寸的析 出物外，在铁素体基体上析出较多 5 ～ 15 nm 细小的球 状或类球状的析出相，大部分沿晶界析出，少量出现在 晶粒内部，经能谱分析发现主要化学成分为 Nb、Ti 和 C 三种元素． 经高分辨观察发现析出相尺寸大概在 10 nm左右，条纹间距在 0. 258 nm． 经过查找 PDF 卡片 发现 NbC 的( 111) 晶面间距为 0. 258 nm，TiC 的( 111) 晶面间距为0. 251 nm，与测量值基本吻合，析出相主要 ·360·

赵雷超等：热轧态与回火态AH80DB低碳贝氏体钢组织与冲击韧性 ·361· 18 16 d 16 14 14 12 10 8 6 6 2 aalll 10 203040 5060 10 2030405060 取向差() 取向差) 图6试样的取向成像图和取向差分布图.()热轧态，取向成像图：(b)回火态，取向成像图：(c)热轧态，取向差分布图：(d)回火态，取向 差分布图 Fig.6 Misorientation maps and misorientation distributions of the samples:(a)rolled steel,misorientation map:(b)tempered steel,misorientation map:(c)rolled steel,misorientation distribution:(d)tempered steel,misorientation distribution 800 (c) 700 600 500 200分 400 TNhe,→·020 300 200C Nb Fe 10 20 5 1/m Z=001) 能量k~V 图7热轧态钢透射电镜观察.(a)析出相形貌及尺寸：(b)衍射斑：（©）能谱分析 Fig.7 TEM observation of the hot rolled steel:(a)morphology and size of the second phase:(b)SAED pattern:(c)EDS spectrun 为(Nb,Ti)C. 细小且均匀韧窝组成，纤维区和剪切唇所占比例较大 3分析讨论 并且出现明显的塑性变形.因此，回火试样比热轧态 试样韧性好.通过金相组织观察可发现：经过回火后 在实验条件一定的情况下，冲击断口上纤维区和 出现更多的针状铁素体组织，它们彼此咬合和相互交 剪切唇所占比例越大则试样的韧性越好.由图2的 错，可以对裂纹的扩展起到强烈的阻滞作用”.有研 断口形貌分析可知：热轧态试样冲击断口主要是解理 究发现圆针状铁素体的优良韧性主要与其组织中高密 断裂，纤维区和剪切唇所占的比例很小：回火态试样冲 度大角度晶界的出现有关.这是因为当裂纹扩展经过 击断口上仅中间圆圈出现了解理断裂，其他部分均为 大角度晶界时，晶界能是稳定不变，它会迫使解理裂纹

赵雷超等: 热轧态与回火态 AH80DB 低碳贝氏体钢组织与冲击韧性 图 6 试样的取向成像图和取向差分布图． ( a) 热轧态，取向成像图; ( b) 回火态，取向成像图; ( c) 热轧态，取向差分布图; ( d) 回火态，取向 差分布图 Fig． 6 Misorientation maps and misorientation distributions of the samples: ( a) rolled steel，misorientation map; ( b) tempered steel，misorientation map; ( c) rolled steel，misorientation distribution; ( d) tempered steel，misorientation distribution 图 7 热轧态钢透射电镜观察． ( a) 析出相形貌及尺寸; ( b) 衍射斑; ( c) 能谱分析 Fig． 7 TEM observation of the hot rolled steel: ( a) morphology and size of the second phase; ( b) SAED pattern; ( c) EDS spectrum 为( Nb，Ti) C． 3 分析讨论 在实验条件一定的情况下，冲击断口上纤维区和 剪切唇所占比例越大则试样的韧性越好［6］． 由图 2 的 断口形貌分析可知: 热轧态试样冲击断口主要是解理 断裂，纤维区和剪切唇所占的比例很小; 回火态试样冲 击断口上仅中间圆圈出现了解理断裂，其他部分均为 细小且均匀韧窝组成，纤维区和剪切唇所占比例较大 并且出现明显的塑性变形． 因此，回火试样比热轧态 试样韧性好． 通过金相组织观察可发现: 经过回火后 出现更多的针状铁素体组织，它们彼此咬合和相互交 错，可以对裂纹的扩展起到强烈的阻滞作用［7］． 有研 究发现［8］针状铁素体的优良韧性主要与其组织中高密 度大角度晶界的出现有关． 这是因为当裂纹扩展经过 大角度晶界时，晶界能是稳定不变，它会迫使解理裂纹 ·361·