DH36高強(qiáng)度船板鋼的動態(tài)CCT曲線

史學(xué)星，鞠新華，王 蕾，白 冰

（1.首鋼技術(shù)研究院，北京100043；2.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

0 引 言

連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT）曲線的繪制是新鋼種開發(fā)的一個基本研究內(nèi)容，動態(tài)CCT曲線反映了鋼在連續(xù)冷卻過程中過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律，是分析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織與性能的依據(jù)，也是制定軋制工藝和熱處理工藝的重要依據(jù)［1］。DH36高強(qiáng)度船板鋼因具有較高的強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性，能夠滿足船舶工業(yè)的需要，越來越多地應(yīng)用于船舶制造［2］。但目前在文獻(xiàn)中很難查到DH36高強(qiáng)度船板鋼的動態(tài)CCT曲線、TTT曲線等基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。而在高性能船板鋼的生產(chǎn)過程中，必須通過有效控制軋制和軋后冷卻過程中鋼的相變組織，來優(yōu)化控軋控冷工藝［3］。為此，作者利用熱模擬試驗機(jī)和光學(xué)顯微鏡等研究了DH36船板鋼的動態(tài)連續(xù)冷卻相變和組織演變規(guī)律，并測定了不同冷速下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度，建立了DH36鋼的動態(tài)CCT曲線，為制定合理的冷卻和熱處理工藝提供依據(jù)。

1 試樣制備與試驗方法

試驗材料為熱軋態(tài)DH36鋼板，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）為≤0.15C，≤0.50Si，0.9～1.6Mn，≤0.025P，≤0.015S，微量鈮。

將熱軋態(tài)DH36鋼加工成φ8mm×12mm的熱模擬試樣，在Gleeble－2000D型熱模擬試驗機(jī)上將其加熱到1 150℃保溫5min，然后以5℃·s－1的冷速冷卻到1 080℃，進(jìn)行壓縮變形，變形量為27%，變形速率為5s－1；再以5℃·s－1冷速冷卻到850℃，進(jìn)行壓縮變形，變形量為23%，變形速率為10s－1，然后分別以0.2，1，3，5，7，10，13，15，18，20，30℃·s－1冷速冷卻到室溫。

取熱軋態(tài)DH36鋼加工成φ6mm×25mm圓棒狀熱膨脹試樣，在DIL402C型熱膨脹儀上按照YB／T 5127－1993［4］以3℃·min－1的升降溫速率進(jìn)行臨界相變點測定試驗。

采用OLS3100型共聚焦光學(xué)顯微鏡觀察不同冷速下DH36鋼的顯微組織，腐蝕劑為體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液；采用FM－7型顯微硬度儀測不同冷速下DH36鋼的硬度，每個冷速下分別測5個點取平均值；采用頂桿膨脹法結(jié)合金相硬度法繪制DH36鋼的動態(tài)CCT曲線［5］。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 臨界相變點

由圖1見，DH36鋼的臨界相變點Ac1、Ac3、Ar1和Ar3點分別為724.8，859.8，631.5，778.3℃。

2.2 相變組織

由圖2可見，當(dāng)冷速小于1℃·s－1，DH36鋼組織為鐵素體和珠光體；隨著冷速的提高，貝氏體含量增加，珠光體含量逐漸減少；當(dāng)冷速達(dá)到15℃·s－1，組織為貝氏體和少量鐵素體；冷速繼續(xù)提高，達(dá)到30℃·s－1時開始有馬氏體生成。

圖1 DH36鋼的臨界相變點Fig.1 Critical phase transformation points of DH36steel

不同冷速下DH36鋼的組織及硬度分析結(jié)果如表1所示。

表1 不同冷速下DH36鋼的組織和硬度Tab.1 Microstructure and hardness of DH36steel at different cooling rates

根據(jù)熱模擬曲線上的拐點確定不同冷速下的相變溫度。其中，部分相變點通過金相定量分析軟件對組織定量分析并結(jié)合杠桿原理計算得到，不同冷速下的相變溫度如表2所示。

2.3 動態(tài)CCT曲線

在溫度－時間對數(shù)的坐標(biāo)上繪出表2中不同冷速下的相變點，并用擬合連線法將各物理意義相同的點連接起來（其中實測數(shù)據(jù)用實線表示，計算數(shù)據(jù)用虛線表示），同時在該坐標(biāo)上標(biāo)出Ac1、Ac3、Ms和Mf點（其中，Ac1和Ac3由試驗測得；Ms和Mf點通過文獻(xiàn) ［6］提供的經(jīng)驗計算公式得到，即 Ms＝454℃，Mf＝304℃），即可繪出如3圖所示的動態(tài)CCT曲線。

由圖2，3可見，DH36鋼在0.2～30℃·s－1的冷速下都有鐵素體組織生成，只是鐵素體的形態(tài)隨冷速的不同會發(fā)生變化。冷速慢時，以塊狀或等軸多邊形為主；冷速快時，鐵素體組織細(xì)化并以針狀為主，數(shù)量很少。在0.2～13℃·s－1冷速范圍內(nèi)發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，且隨著冷速的提高珠光體含量逐漸減少。貝氏體轉(zhuǎn)變冷速范圍則比較寬，冷速達(dá)到3℃·s－1時，就出現(xiàn)少量貝氏體，其形態(tài)類似針狀鐵素體，且隨著冷速提高，貝氏體含量增多且呈細(xì)小的板條狀。冷速達(dá)到30℃·s－1，開始有板條狀馬氏體生成。

表2 不同冷速下DH36鋼的相變溫度Tab.2 Phase transformation temperatures of DH36steel at different cooling rates ℃

圖3 DH36鋼的動態(tài)CCT曲線Fig.3 Dynamic CCT curves of DH36steel

由圖4可見，DH36鋼的顯微硬度隨著冷速的提高而增大，當(dāng)冷速達(dá)到30℃·s－1時，顯微硬度明顯增大。這一方面是因為隨著冷速的提高，其組織細(xì)化產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化；另一方面是因為隨著冷速提高，軟相的鐵素體體積分?jǐn)?shù)減少，硬相貝氏體體積分?jǐn)?shù)增多的緣故。當(dāng)冷速達(dá)到30℃·s－1，開始有馬氏體生成，因而鋼的顯微硬度才明顯增大。

圖4 DH36鋼顯微硬度與冷速的關(guān)系Fig.4 Micro－h(huán)ardness vs cooling rate for DH36steel

綜上所述，雖然DH36鋼的冷卻范圍較窄，與現(xiàn)場實際生產(chǎn)還存在一定差異，但利用膨脹法結(jié)合硬度法繪制出的DH36鋼的動態(tài)CCT曲線，為優(yōu)化該鋼的熱加工工藝特別是控軋控冷工藝提供了一定參考。

3 結(jié) 論

（1）當(dāng)DH36鋼的冷速小于1℃·s－1時，得到鐵素體和珠光體組織；冷速在3～13℃·s－1范圍內(nèi)，得到鐵素體、貝氏體和少量珠體組織；冷速達(dá)到15℃·s－1時，得到貝氏體和少量鐵素體組織；冷速達(dá)到30℃·s－1時，開始有馬氏體生成。

（2）DH36鋼的顯微硬度隨冷速的提高而增大，當(dāng)冷速達(dá)到30℃·s－1時，顯微硬度值明顯增大。

［1］徐光，張丕軍.金屬低溫變形理論與技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］王克柱.50mmDH36高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼板的開發(fā)［J］.甘肅冶金，2008（1）：1－5.

［3］王偉，蘇志敏.EH40高強(qiáng)度船板鋼動態(tài)CCT曲線的研究［J］.寬厚板，2009（5）：4－26.

［4］YB／T 5127－1993，鋼的臨界點測定方法（膨脹法）［S］.

［5］YB／T 5128－1993，鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖的測定方法（膨脹法）［S］.

［6］徐祖耀.馬氏體相變與馬氏體［M］.北京：科學(xué)出版社，1993.