热轧Si-Mn双相钢冷拔后回复动力学特征

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1992.04.027 北京科技大学学提 第14卷第4期 Vo1,14No.4 1992年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju1y1992 热轧Si-Mn双相钢冷拔后回复动力学特征 李胜利 田 琮 摘要：对冷拔形变热轧态低碳Si-Mn双相钢，经400~550C加热5min及30min后的 显微组织、力学性能以及回复动力学特征进行了研究。结果表明：冷拔形变75,2%的试验 钢，500℃时回复阶段的激活能与铁在a~Fc中的自扩散激活能数值大体相近。可以认为试验 钢在该祖度下30min加热时，回复过程受控于a-Fc中Fc的自扩散。 关键词：熱轧双相铜，冷拉钢丝，回复 Feature of Recovery Kinetics in Cold-Drawn As-Hot-Rolled Si-Mn Dual-Phase Steels Li Shengli·Tian Cong· ABSTRACT:By using TEM and tensile test,the feature of recovery kinetics in cold-drawn as-hot-rolled Si-Mn dual-phase steel was investigated,The results show that when the steel was heated for30 min ats≤500℃，only recovery process was occurred.Heated at 500C,the activation energies of recovery process of the steels are 187.9kJ/mol(stcel J)and 220.6kJ/mol(steel H)respe- ctively.These values are close to the self-diffusional activation energy of iron in a-Fe(239.7kJ/mol).It is considered that the recovery process at this tempc- rature is controlled by the self-diffusion of iron in a-Fe. KEY WORDS:as-hot-rolled dual-phase steel,cold-drawn wire,recovery 1991-10-13收稿 ,材料科学与工程系(Department of Materials Science and Engineering) 458

第 卷第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 。 热轧 一 双相钢冷拔后 回 复动力 学特征 李 胜利 ’ 田 珠 ’ 弓 摘 要 对冷拔形 变热轧态低碳 一 双相 钢 ，经 一 印℃ 加热 油 及 后 的 显微组 织 、 力学 性能以及回复动 力学特征进行 了研究 。 结果表明 冷 拔 形 变 的 试 验 钢 ， ℃ 时 回复阶 段的激活 能与铁在 一 中的 自扩散激活能数值大体相近 。 可以 认 为 试 验 钢在该温度下 加 热时 ， 回复过 程受控于 一 中 的自扩散 。 关健词 热 轧双 相钢 ， 冷拉钥 丝 ， 回 复 一 川 一 一 一 一 ， 一 一 一 一 一 簇 ℃ ， 犷 。 ℃ ， 。 。 一 一 、 一 一 一 一 一 ， 一 ， 叫如 一 一 收 稿 材料科学 与工程系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．04．027

双相钢自问世以来，大量研究者为揭示这类钢的特性以及发展新的品种进行了大量的工 作1~3)。通常双相钢组织中马氏体和铁素体共存，铁素体内有高密度位错，两相内存在残 余应力，冷形变时又有大量的位错产生。所有这些特征，使得有必要研究非冲压型双相钢在 回复加热过程中组织和性能的变化。 热处理型双相钢的回复问题已有报导a-a),，然而，有关热轧态的形变Si-Mn双相钢的 回复问题尚未见报导。 本文目的在于研究该类钢冷拔形变后的回过特征及其动力学。 1试验用钢和试验方法 试验用钢由工业电炉(J钢)及真空惑应炉(H钢)治炼。钢的化学成分如表1所示。钢 坯经1200℃加热开轧，850℃终轧成中8,4mm的盘条，轧后空冷即获得铁素体加马氏体的双 相组织。J钢中马氏体量为12.9%，H钢中马氏体量为40.9%。 表1钢的化学成分，6 Table 1 Composition of experimental stcels,2 茶 的。代号 C Mn Si 0.08 2.09 1.30 0.011 0.011 H 0.03 2.42 1,39 0.010 0.009 试验用钢经e=75.2%(面缩率)的冷拔形变后，分别经(400~550)℃的不同温度加 热5min及30min。拉伸试验在MTS810试验机上进行，夹头移动速度为1.27mm/min。冷拔 态及回复后的组织在H-800透射电镜上观察分析。 2试验结果及讨论 2.1抗拉强度的变化 冷拔试验钢抗拉强度随加热温度的变化如图1所示。可以看出冷拔后的钢经400℃以上温 度加热后，抗拉强度随温度的升高逐渐降低。 2.2显微组织的变化 两种试验用钢经75,2%冷拔形变后的显微组织相似，如图2所示。组织特征主要是变形 的铁素体、马氏体条带和高密度位错缠结形成的胞状结构。J钢形变后经不同温度加热30min 的组织特征如图3所示。400℃加热后，位错胞壁开始变薄，位错密度开始减少（图3a)。 450℃加热后，位错线由原来的缠结状态部分地变为直位错，这表明在该温度加热f,位错组 态发生重构（图3b)。500℃加热后，位错由原来的胞状结构在部分区域重组为较稳定的弗 兰克位错网络（图3c)。H钢形变后经不同温度加热30min后的组织特征如图4所示。450℃ 459

双相钢 自问世 以来 ， 大量研究 者为揭示 这类钢的特性 以及发展新的 品仲进行 了大量的工 作 〔 ‘ 一 “ ’ 。 通常双 相 钢组织 中马 氏体和铁素体共存 ， 铁素 体 内有 高密度位错 ， 两相 内 存 在残 余应 力 ， 冷形变时又有大量 的位错产 生 。 所 有这些 特征 ， 使 得 有必 要研究 非冲压型双相 钢在 回复加热过程 中组织和性 能 的变化 。 热处理型双 相钢的 回 复问题 已有报导 一 与 〕 ， 然 而 ， 有 关 热轧态 的形变 一 双 相 钢 的 回 复问题 尚未见报导 。 本文 目的在于研究 该类 钢 冷拔 形变后 的 回复特征及 其动 力学 。 试验用 钢和试验方法 犷 试验 用钢 山工 业 电炉 钢 及 真 空感应炉 钢 冶 炼 。 钢的 化学成分如 表 所 示 。 钢 坯 经 ℃ 加 热 开 轧 ， 。 ℃ 终轧成小 的盘条 ， 轧后 空 冷即获 得铁素体加马 氏体的 双 相组织 。 钢 中马 氏体量 为 ， 钢 中马 氏体量为 。 表 钢的 化 学成 分 ， 二 ， 上石 元 索 钢 代 号 一 。 · 。 。 。 二 。 。 。 试验 用钢 经 ￡ 面缩 率 的冷拔 形变后 ， 分别 经 一 ℃ 的不 同 温 度 加 热 及 。 拉伸试验在 试验机上进行 ， 夹头移动速度为 。 冷 拔 态 及 回复后的组织在 一 透射电镜 上观察分析 。 试验结果及讨论 抗拉 强度的变 化 冷拔试验钢抗拉强 度随加 热温度的变化如 图 所示 。 可以看 出冷拔后 的钢经 ℃ 以上温 度加热后 ， 抗拉强 度随温度的 升高逐 渐降低 。 显 微 组 织的 变化 两 种试验 用钢经 冷拔 形变后的显微 组 织 相似 ， 如图 所示 。 组织特征主 要 是变 形 的铁素体 、 马 氏体条带和高密度位错缠结形成的胞状结构 。 钢 形变后经不 同温度加热 的组 织特征如图 所示 。 ℃ 加 热后 ， 位错胞壁开始变薄 ， 位错密度 开 始 减 少 图 。 遵 ℃ 加 热后 ， 位错线 由原来的缠 结状态 部分地变为直位错 ， 这表明在该温度加热时 ， 位错组 态发 生重构 图 。 ℃ 加热后 ， 位错 由原来的胞状 结构在部分区域重组 为较稳 定 的 弗 兰克位错网 络 图 。 钢形变后经不同温度加热 后的 组 织特征如图 所示 。 ℃

1450) 2000 6 11250 1800 1600 1400 850 1200 650L 1C00L 400 430 500 .550 400 450 500 ·550 宝 Temperature /c Tompcruture/℃ 图1冷拔试验钢的抗拉强度与加热温度的关系(1：加热5min,2:热30min) (a)J钢 (b)H钢 Fig.1 Tensile strength of experimental steels vs heated temperatures 加热后，位错密度减少（图4a)。500℃加热 后，部分区域位错明显减少，位错已发生一定 程度的重构（图4b)。 2.3回复动力学 回复过程是热激活过程，不论回复程度如 何，回复过程总是在开始时以很大速度进行， 随着时间的延长，速度变慢。由于回复温度的 不同，对应的热激活过程也不同，最终导致的性 能在回复阶段也不同。试验钢的回复动力学可 通过抗拉强度的变化来分析。如果在两个不同 温度回复到同样的强度指标，那么相应所需时 图2J钢(2.09%Mn)冷拔形变后的组织钻拘(TEM) 间之比值为) e=75,2% Fig.2 Microstructure of cold-drawn T1lra=e-员（品） wire,J stecl (TEM),e=75.2% 460

‘ · · 息 “ ， 护一， 一 飞 丫长 一 一 心口 翔 卜叹 浊 习 一蛋 ’ 又 乡 ’ 仪 川 。 。 。 。 多 今 口 心步口 乡口 丁。 日 。 ℃ · 乡乡 图 工 力汇热 ， 力 热 钢 冷 拔 试 验钢 的抗拉 强度 与加 热温 度 的关 系 钢 创 加热后 ， 位错密度减少 图 “ 。 ℃ 加 热 蒙 后 ， 部分 区域位错 明显减 少 ， 位错 已发 生一定 程 度的重构 图 。 回 复动力学 回复过程 是 热激 活过程 ， 不论 回复程 度如 何 ， 回复过程 总是在开 始 时以很大速度进行 ， 随着时 间的延长 ， 速度变慢 。 由于 回复温度的 不 同 ， 对应的热激 活过程 也 不 同 ， 最终导致 的性 能在 回复 阶段也 不 同 。 试验 钢 的回复动 力学 可 通过 抗拉强 度的变化来 分析 、 如果 在两个 不 同 温度回复到 同样的强 度指标 ， 那么 相应所需时 ’ 之 比值为 〔 ’ 曰 阅 图 钢 冷拔形 变 后 的组 织结 构 ￡ 。 旦 ，」 上 、 丁 了 一 盆 、 一 昌 一 ‘ ， 一 ， ，“ · 闷 闷

图3冷找J钢(c=75.2%)不同温度m热30min 的组织结构(TEM) (a)00℃： (b)150℃； (c)500℃ Fig.3 Microstructure of steel J (e=75.2%)heated for 30min (TEM) 图4冷拔H钢(e=75.2%)不同温度加热30min的组织结构(TEM) (a)450℃ (b)500℃ Fig.4 Microstructure of steel H (e=75.2%)heated for 30min (TEM) 表2同等回复程度对应的温度和时间 Table 2 Recovery temperature and time corresponding to same recovery level 钢代号 H 回复程度 CI 0 0: 相应的 400℃，30min 500℃，30min 400℃，30min 500℃，30min 温度时间 478℃，5min 545℃，5min 475℃，5min 538℃，5min 式中：T:,T2分别为回复加热温度(K)；T1,下2分别为相应两个温度回复到同样的 强度性能指标所对应的加热时间(mi),Q:回复过程的激活能(kJ/mol);R:气体常 数8.314(J/mol.K)。 461

图 冷拔 钢 二 了 不 同 温度加 热 的组 织 结构 ℃ ℃ 。 图 冷 拔 钢 召 往 二 不 同温 度加 热 的组 织结构 ， ℃ 。 表 同等 回 复程度对应 的温 度 和 时 间 钢 代 号 回 复程度 相 应 的 ℃ 一 ℃ ， ， ， ℃ ， 温 度时 间 ℃ ， ℃ 一 ℃ ， ℃ ， 式 中 ， 分别 为回复加 热温度 丁 ， ， 二 分别 为相应 两个温度回复到 同 样 的 强 度性能指标 所对应 的加 热时 间 飞 ， 回 复过 程 的激 活 能 气 体 常 数 。 ·

由图1可求出在回复过程的不同温度段得到相同回复程度（抗拉强度值）所对应的温度 和时间，如表2所示。01、σ1分别代表J钢、H钢经400℃、30血n加热后的抗拉强度；g2、 0分别代表J钢、H钢经500℃、30min加热后的抗拉强度。 由此可按上式计算出相应加热温度和时间对应 表3试验钢回复过程的激活能 的激活能，如表3所示。 Q(kJ/mol) 从表3数据可看出，两种钢在400℃加热30 Table 3 The activation energy min后，回复过程激活能值分别为86.7(J钢) values of recovery process 和89.7(H钢)kJ/mo1。两种钢的邀活能值与 碳在a-Fc中的扩散激活能值(84.1kJ/mol)c7J 钢代号 100℃，30min加热500℃，30mi1加热 相近。可以认为，在该温度下回复时，过程受 J 86,7 187.9 控于碳在a-Fe中的扩散。500℃，30min加热 H 89.7 220.6 时，两种钢回复激活能值分别为187.9(J钢)和 220.6(H钢)kJ/mol;与a-Fe中Fe的自扩散 激活能值(239.7kJ/mol)83大体相近。可认为该温度下加热时，回复过程受控于Fe在a-Fe 中的自扩散。组织观察表明，在该温度下回复的主要特征是位错多边化产生的位错网络和亚 晶界。位错多边化的阻力实质上是位错攀移的阻力，位错攀移是通过溶质或溶剂原子向位错 中心运动实现的，可见位错攀移的能量应与溶质或溶剂原子的扩散激活能对应。因此，上述 激活能的数值与显微组织的变化是一致的。 3结 论 (1)本试验条件下，试验用钢在400℃、加热30min时，回复过程激话能值分别为86.7(J钢) 和89.7(H钢)kJ/mol。可以认为，在400℃加热时，回复过程受控于碳在a-Fe中的扩散。 (2)试验钢在500℃加热30min时，回复过程邀活能分别为187,9(J钢)和220.6(H钢) kJ/mol.可以认为，该温度下的回复受控于铁在a-Fe中的自扩散。 ※ ※ ※ ※ 致谢：本文电能工作得到电镜中心孙静远、逸二位老狮的大力帮助，在此表示衷心：谢。 参考文献 1 Davenport A T,Formable HSLA and Dual-Phasc Steels,New York: TMS/AIME,1979 2 Kot R A,Morri sJr.J W,Structure and Properties of Dual-Phase Stecls. New York:TMS/AIME,1979 3 Kot R A,Bramfitt B L.Fundamentals of Dual-Phase Steels.New York: TMS/AIME,1981 4 Dipak Kumar Mondal,et al.Steel Research,1989,60(1):83 5 Peng Heng Chang.Metall.Trans.,1984,(5A):73 6胡赓祥等。金属学。上海科学技术出版社，1984：309 7波特DA,伊斯特林KE。金属和合金中的相变.北京：治金工业出版社， 1988:67 8波特DA,伊斯特林KE,金属和合金中的相变，北京：冶金工业出版补、 1988:77 462

由图 可求 出在回复过程 的不 同温度段得到 相 同回 复程 度 抗拉强度值 所对应的温度 和时间 ， 如表 所示 。 。 、 叮 分别代 表 钢 、 钢经 ℃ 、 加热后的抗拉强 度 『 、 ， 二分别代 表 钢 、 钢经 ℃ 、 加 热后 的抗拉强 度 。 由此可按上式计算出相应加热温度和时间对应 的激 活能 ， 如表 所示 。 从 表 数据可看 出 ， 两种钢 在 ℃ 加热 后 ， 回复过程激活能值分别 为 。 钢 和 钢 。 两种钢的 激活能值与 碳在 一 中的扩散激活能值 。 。 〔 ’ 相近 。 可以认为 ， 在该温度下回复时 ， 过程受 控于碳在 一 中的扩 散 。 ℃ ， 加 热 时 ， 两种钢回复激活能值分别 为 钢 和 钢 与 一 中 的 自扩散 表 试验钢回 复过 程的激活能 钢代 号 亡 ， 几加 热 ℃ ， 加 热 。 。 激活能值 〔 “ 〕 大体相近 。 可认为该温 度下加 热时 ， 回复过程受控于 在“ 一 中的 自扩散 。 组织观察表明 ， 在该温度下 回复的主 要特征是位错多边化产生的位错网络和亚 晶界 。 位错多边化的阻力实质上是位错攀移的阻力 位错攀移是通过溶质或溶剂原子向位错 中心运动实现的 ， 可见位错攀移的能量应与溶质或溶剂原子 的扩散激活能对应 。 因此 ， 上述 激活能的数值与显微组织的变化是一致的 。 结 论 本试验条件下 ， 试验 用钢在 ℃ 、 加热 时 ， 回复过程 激活能值分别为 。 了 钢 和 钢 。 可以 认为 ， 在 ℃ 加 热时 ， 回复过程 受控于碳在 一 中的扩散 。 试验 钢在 加 热 时 ， 回复过程 激活能分别 为 钢 和 钢 了。 可以认为 ， 该温度下的 回复 受控于铁在“ 一 中的 自扩散 。 滚 狱 浓 滚 致谢 本文 电镜工作得到电镜 中心孙静远 、 袁逸二位老师的大力帮助 ， 在此表示衷心感谢 。 参考文献 一 ， ， 。 一 ， ， 一 。 、 、 ， ， 。 ， ， 。 。 ， ， 胡赓祥等 金属 学 上海科学技术 出版社 ， 波 特 ， 伊 斯特林 金属和 合金 中的相变 · 北京 冶 金工业 出版社 ， 波 特 ， 伊斯 特林 金属 和 合金 中的相变 北京 冶 金工业 出版社