硅对形变Si-Mn双相钢回复及再结晶的影响

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1992.04.028 第14卷第4期 北京科技大学学报 Vo1.14No,4 1992年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing July 1f92 硅对形变Si-Mn双相钢回复 及再结晶的影响 白山田琮 摘要：研究了Si对冷拔形变低碳Si-M双相解同女及再钻品过程的彤响。试验指果 表明：(1)试验铜回复及再结品过程首先在原双相组织中的铁素体区内发生；再结晶品粒 的形成方式既可以是亚品合并，也可以是亚福界向外马出；原铁素体区再结品后的α品粒，大 于原双相组织中马氏体区再结品的a~品粒。(2)钢中硅仑量的增多，显著推迟形变SiMn 双相钢的回复及再结品过程，(3)分别计算了试验钢回复后期和再结品前期的激袄能。 关键词：问复，再钻品，双相柄，砟 Influence of Silicon on the Recovery and Recrystallization of the Cold-Drawn Si-Mn Dual-Phase Steels Bai Shan·Tian Cong' ABSTRACT:The influence of silicon on the proceedings of the recovery and recrystallization of the cold-drawn Si-Mn dual-phase steels was researched by means of SEM,TEM and HV-hardness,Experimental results show:(1)The proceedings of the recovery and recrystallization of experimental steels appear firstly in the original ferrite phase of the dual-phase structure,and it is disco- vered that the formalion of a recrystallized grain through the growth of subgrain boundary or subgrain coalescence,and in the ferrite ficld the recrystallized a-grain size is larger than the recrystallized a-grain size in the marlensite field, (2)The proceedings of the recovery and recrystallization were delayed obviously increasing silicon content of steel.(3)The recovery activation energy and recrystallization activation energy were calculated respectively. KEY WORDS:recovery,reerystallization,dual-phase steel,silicon. 1991-11-25收稿 ,料材科学与工程系(Department of Materials Science a血d Engineering) 463

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 五 。 ‘ 。 硅对形变 一 双相钢回 复 及再结 晶的影响 白 山 ’ 田 珠 ’ 摘 要 研 充 了 对冷拔形 变 低 碳 一 双 相 钢 回 复及再结 晶过 程的影响 。 试 验 结 果 表明 试验钢回 复及再结 晶过 程首先在 原双 相组 织 中的铁素体区 内发 生 再 结 晶 晶粒 的形 成方式既 可以 是 亚 晶 合并 ， 也可 以 是亚 晶 界向外 弓出 原铁素体区 再结 晶 后 的 品粒 ， 大 于原 双 相组 织 中马 氏体 区 再 结晶 的。 一 晶 粒 。 钢 中硅 含量的增多 ， 显 著推 迟形 变 一 ” 双 相 炯 的回 复及再结品过 程 。 分别计算了试 验 润回 复后 期和 再结晶前 期的激 活 能 。 关键 词 网 复 ， 再 结 泉 ，双 和风 硅 一 一 一 玄 玄 ， 夕 口尸 一 一 一 、 一 又 一 · ， ， 注 一 五 一 ， 。 ， ， 一 ， ， 一 一 收稿 ， 料村科学 与工 程系 “ 宝 ” ” ” DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．04．028

低碳铁素体加马氏体Si-M双相钢在非冲压领域已成功制得绳用高强度特级钢丝（σ，≥ 1962MP)。钢丝形变后的回复是获得优良综合力学性能（强度、扭转值和弯曲值）的关键 工序之一1’2)。热处理型形变双相钢在随后加热时的组织变化虽有少量研究(3)，但合金元 素硅对形变Si-M双相钢回复及再结品的影响尚未见报导。本文目的在于研究硅对形变低碳 Si-Mn双相钢回复及再结品过程的影响。 1试验材料及试验方法 1.1试验材料 试验用钢由真空感应炉治炼，锭重28kg,化学成分如表1所示。钢经1200℃加热开轧， 表1试验用钥的化学成分(%) Table 1 Composition of experimental steels(%) 钢代号 C Mn Si P 0.09 2.21 0.42 0.01 0.009 D 0,09 2.19 0.97 0.01 0.009 A 0,10 2.22 1.39 0.01 0.009 850℃终轧成中8.4mm盘条，空冷后为铁素体加马氏体双相组织。 1,2试验方法 热轧材经(+y)两相区加热淬火后，获得相近体积百分数的马氏体加铁素体的双相组 织，经LePera试剂4)着色后，定量测定马氏体体积百分数，测量的相对误差小于5%。在 钢丝纵剖面（冷拔方向）进行HV硬度测试及组织结构观察。硬度测量结果中的每个硬度值为 5个测定数的均值。扫描电镜观察用试样，经4%硝酸酒精溶液浸蚀。薄晶体试样在H~800 及EM-400T透射电镜上进行组织结构的观察。 2试验结果 2,1(“+y)两相区双相化处理后的组织（冷拔前的组织) 试验用钢经(+y)两相区加热淬火后的显微组织如图1所示。3种钢均为岛状马氏体加铁 素体；马氏体岛的平均尺寸约为2~3μm,铁素体晶粒的平均尺寸约为5~6μm,C,A钢的组 织照片略。组织中马氏体体积百分数Vm(%)相近，C钢为28,0±2.6，D钢为24.8±2.4，A 钢为25.0±2.4。置信度为95.4%。 2.2试验用钢冷拔变形后的组织结构 试验中采用冷拔变形量为23%、58%、76%及80%。试验钢经76%面缩形变后的透射电 镜照片如图2所示。图中可明显看出，经较大形变量后的组织结构为布满了位错胞的铁素体 464

低碳铁素 体加马 氏体 一 双 相钢在非 冲压领域 已 戍功制得绳 用 高强度 特 级 钢 丝 丁 、 。 钢丝形变后的 回复是获得优 良综 合力学性能 强度 、 扭转值和 弯曲值 的 关 键 工序之一 〔 ‘ ’ ” 。 热处理 型形变双 相钢在 随后加 热时的组织变 化虽 有少量研究 ‘ ” ’ ， 但合金元 素硅 对形变爪 一 双 相钢回 复及再结晶 的影响 尚未见 报导 。 本文 目的在 于研究硅 对形变 低碳 主一 。 双 相钢 回复及再 结晶过 程 的影响 。 试验材料及试验方法 门 试验材料 试验 用钢 由真空感应炉冶炼 ， 表 锭重 ， 化学成分如表 所示 。 钢经 ℃ 加热开 轧 ， 试验用 钢的化学成分 钢 代号 。 勺 。 一 。 口口口山，土 ， 们一，上叮︸乙 一曰山，一﹃ 心 … ℃ 终轧成如 盘条 ， 空冷后为铁素体加马 氏体双相组织 。 试验方法 ‘ ， ， 癌 及 粼一 透射电嫌镜 上进行组织 结构粼的观察 。 淤潺粼 试 验 结 果 一 ， 一二 … 、 “ 二。 付 衬 怕 扮 抓担 居的 组织 冷拔前的 组织 川 网 柑 还 举相 托 廷廷 刃 “ ， 书 、 ‘ 嘴 一 ’ “ 一 ’ 一 ， ， ， · ， 一 ， 一 ， 配一 。 补翩 伯 毛 姗呱体撇 、 ， 一 。 ， 二八 二 栩你 一执撇 业 后 的 慕微 组织如图 所示 。 押钢 均为 尚 认 与 氏 ，” 。 猪 聆 用钡经 刃 两相 区那热徉外厄 则亚摊 泌扒翔囚 ‘ ” ” ‘ ’ ” 一 ” 一 一 。 、 ， ‘ 。 一 户贾二理言巍溢 荔从粼 。 。 ， 一 铁耕 晶粒的平均尺寸约 为 一 ， ， “ 钢 的粤 蠢氰淤器挑孤漏爵羲 二 ‘ 、刃 ’ 相近 ， 。 ， 为 。 、 。 ， 。 钢为 。 士 、 ， 、 钢 为 。 土 。 置信度为 写 。 试验用钢 冷拔 变形 后的组织黝 ， 一 ’ 一 巍 中采 用冷拔变形量为 、 、 、 及 。 一 镜照 黔竖赞箕蟾黑 井茹蔺盲箭系犷函孚哥萌显看出 ， 经 较大形变量后的组织结构 为布满了位错胞 的铁 素体

上分布着不同形变度的马氏体。D钢和A钢中有些马氏体形变很小，但整个组织呈现为条带 状。 图1D铜经(a+y)两相区双相化处理 图2C钢冷拔形变后的组织结构（€-76%，TEM) 后的组织(SEM) Fig.1 Microstructure of steel D Fig.2 Cold-drawn microstructure heated at (a+y)two-phase (e=76%)of steel C (TEM) region and water quenched (SEM) 2,3冷拔形变试验钢不同温度加热后的硬度变化 钢中含量不同时，形变钢硬度随加热温度的变化差别显著。为便于比较，图3给出©= 76%时AX(HV)随加热温度的变化，这里△X(HV)=X-X。,式中X表示形变钢加热后的硬 度，X。表示冷拔态钢的硬度。 100a 100 OSteel C oSteel D 50 50 ®teel A =30min 0 08 /XV -50- -50 OSteel D oSteel C -100 6=76 -100e766 ●Stce1A 20 t=5min 400.450500'550600 400450500550600 T/.℃ T/℃ 图3冷拔试验钢不同温度加热后的硬度变化 Fig.3 Change of hardness of cold-drawn stecls (e=76%)vs heating temperatures 2.4冷拔形变试验钢不同温度加热后组织结构的变化 试验钢在400℃和500℃加热30min的组织结构如图4所示。可以看出，组织显示出典型 回复阶段的特征，位错胞状结构更加明显；形变条带结构因位错聚积而被分割成段；一部分 465

上分布着不 同形变度 的马 氏体 。 钢和 钢 中有些 马 氏体形变很 小 ， 但整个组织 呈 现 为条带 状 。 图 钢 经 份 两相 区双 相 化处 理 后 的组 织 王 下 一 呈 月 图 钢冷拔 形 变 后 的组织结构 。 二 ， 主 一 ￡ 二 丫 冷拔形变试 验钢不 同温 度加 热 后的硬度 变化 钢 中硅含 量不 同时 ， 形变钢 硬度 随 加 热温度 的变 化差别显著 。 为便于 比较 ， 图 给 出 二 时八 随加 热温度 的变 化 ， 这里 一 。 ， 式 中 表示形变钢 加 热后 的硬 度 ， 。 表示 冷拔态钢 的硬度 。 ︸独劝︵卜主 一 一 一一一 一 … － 占三 乙 “ 一 一卫 巧。 ‘ 门曰 呈共门︵ 一 一 口 ’ 丁 ℃ 会 咒 一 心 一 匀口 红 场 罗 “ 图 冷 拔 试验钢不 同温 度加 热后 的硬 度变化 一 冷拔形 变试验 钢不 同温度 加热后组 织结构的变化 试 验钢 在 ℃ 和 ℃ 加 热 的组织结构如图 所示 。 可 以看 出 ， 组织 显示 回复阶段 的特征 ， 位错胞状 结构 更加 明显 形变条带 结构因位错聚积而被分割成段 出典型 一部分

位错呈现为网络状（图4a);相比之下，A钢的回复过程显得迟缓一些，呈现为位错的胞状 结构（图4b)。500℃加热30mi的组织结构，C钢中可观察到较明显的亚晶合并过程（图 4C右下部)，但大部区域仍处在回复阶段：A钢中（图4d)可看到精细位错逐步消失后出 现的凸出的锯齿形亚晶界。观察结果表明，亚晶的合并及锯齿形亚晶界的凸出，首先发生在 原双相组织中铁素体的区域，原马氏体所在的区域早已有大量碳化物形成并已球化。550℃ 和600℃加热30mn的组织结构如图5所示。可以看出，C钢再结晶程度最大（图5a),A辆的 图4冷拔试验钢400℃和500℃加热30mi血的组织结构(TEM) (a)C钢400℃，(b)A钢00C,(c)C钢500℃(d)A钢500C Fig.4 Microstructure of cold-drawn steels heated for 30min at 400c and 500C (TEM) 组织中，有碳化物密集的区域（原马氏体区）再结晶程度很小，而没有碳化物密集的区域 (原铁素体区)再结晶晶粒已长得很大（图5b)。600℃加热30min的组织结构，C钢再结品已 基本完成（图5c);A钢尚有少数区域（如图5d的下部）未完成再结晶，但总体来看，此时 原形变条带的方向性已基本消失，只是由于碳化物球的串链状分布显示出原来形变方向的痕 迹，而且，在长串链碳化物之间的再结晶晶粒略微呈现出长形（图5c)。在碳化物串链不明 显时，再结晶晶粒呈典型的等轴状（图5d)。还可看出，即使在600℃加热30min后，原马氏 体区（碳化物密布的区域）的再结晶晶粒明显小于原铁素体区（无碳化物密布的区城）的再 结晶晶粒。 466

位错呈 现为网络状 图 相 比之下 ， 钢 的回复过程 显得迟缓一 些 ， 呈 现为位错 的 胞 状 结构 图 。 ℃ 加 热 的组织 结构 ， 钢 中可观 察到较 明显 的 亚 晶 合 并 过程 图 右 下部 ， 但大部区域仍 处在 回复阶段 钢 中 图 可看到精细位 错 逐 步 消 失 后 出 现的凸 出的锯齿形 亚 晶界 。 观 察结果 表明 ， 亚 晶的合并及锯 齿形 亚 晶界的 凸 出 ， 首先 发 生在 原双 相组织 中铁 素体的区域 ， 原马 氏体所在的区域早 已有大量碳化物 形成并 已球化 。 ℃ 和 ℃ 加 热 的组织 结构如图 所示 。 可 以看 出 ， 钢再 结晶程度最大 图 ， 钢 的 图 冷 拔 试 验钢 ℃ 和 加 热 的组 织结构 。 钢 凌。 ℃ 卜 钢峨 ℃ ， 钢 ℃ 连 笼 一 几 熟黔黝鑫纂黝筹 钢 ℃ 。 ℃ ℃ 组 织 中 ， 有碳 化物密集的 区域 原马 氏体 区 再 结 晶程度很小 ， 而没 有碳 化 物 密 集 的 区域 原铁素体 区 再 结晶晶粒已长得很 大 图 。 ℃ 加 热 二 的组织结构 ， 钢再 结 晶 已 基本完成 图 钢 尚有少数 区域 如图 的下部 未 完成再结 晶 ， 但 总体来 看 ， 此 时 原形变条带 的 方向性 已基本消失 ， 只 是 由于 碳化 物球 的串链状 分布显示 出原来形变 方向的痕 迹 ， 而且 ， 在长 串链 碳 化物之 间的再 结 晶晶粒略微 呈 现 出长形 图 。 在碳 化物 串链 不 明 显 时 ， 再 结晶晶粒呈 典型 的等轴状 图 。 还可看出 ， 即 使在 ℃ 加 热 后 ， 原马氏 体区 碳 化物密布的区域 的再 结晶晶粒 明显 小 于原铁 素体区 无碳 化物密布的 区域 的 再 结 晶晶粒

3讨 论 3,1硅对形变Si-Mn双相钢回复及再结晶过程的影响 透射电镜对组织结构的观察结果表明，试验用形变Si-Mn双相钢，在e=76%、加热时间 为30min的条件下，低于500℃加热时，钢处于回复阶段（图4）。在500℃加热时，首先在 0.670 图5冷拔试验钢550℃和600℃加热30min的组织结构(TEM) (a)C钢(550℃)，(b)A钢(550℃)；(c)C钢(600℃)；(d)A钢(B00℃) Fig.5 Microstructure of cold-drawn stcels heated for 30min at 550c and 600 (TEM) 原双相组织中的铁素体区，以亚晶合并或亚晶界弓出方式形成再结晶晶粒（图4c、d);与 此同时，原双相组织中的马氏体已发生脱溶，马氏体区脱溶形成的碳化物已明显球化。550℃ 加热30min后，C钢、D钢和A钢组织中的原铁素体区都已发生再结品，而原来的马氏体区再 结晶程度相对却很小，尤其是硅含量高的A钢更为明显（图5b)。600℃加热30min后，分别 对原马氏体区、原铁素体区以及整体再结晶晶粒的平均尺寸（分别记为dM、d和d)所 作图像分析测定结果如表2所示。可以看出，钢中硅含量多时，使dr、d:及dM减小，尤 其是的减小更为明显。这些结果表明，双相钢中硅含量增多，回复及再结晶过程被推 迟。 467

讨 论 。 硅对 形 变 一 双相 钢 回 复及 再 结 晶过 程 的影响 透射 电镜 对组织 结构的观察结果 表明 ， 试验 用形变 一 双 相钢 ， 在。 二 、 加 热时 间 为 的条 件 下 ， 低于 ℃ 加 热时 ， 钢 处 于 回复阶段 图 。 在 ℃ 加热时 ， 首 先 在 〔 七 ℃ 原双 相 组织 中的铁素 体 区 ， 以亚 晶合并或 亚 晶界 弓 出方式形成再 结 晶 晶 粒 图杠 、 与 此 同时 ， 原双 相组织 中的马 氏体 已发 生 脱溶 ， 马 氏体 区脱溶 形 成的碳 化物 已 明显球 化 。 ℃ 加 热 后 ， 钢 、 钢和 钢组织 中的原铁 素体区都 已发 生再 结晶 ， 而原来 的马 氏体区再 结 晶程度 相 对却很 小 ， 尤 其是 硅含量高的 钢 更为 明显 图 。 ℃ 加 热 后 ， 分别 对原马 氏体 区 、 原铁素体 区以及 整体再结 晶 晶粒 的平均尺寸 分别 记 为 、 和 所 作图像分析测定结果如表 所示 。 可 以看 出 ， 钢 中硅含量 多时 ， 使 、 及 减小 ， 尤 其 是 的减小 更为 明显 。 这些 结果 表 明 ， 双 相钢 中硅 含量增多 ， 回复 及 再 结 晶过 程被 推 迟