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《鞍鋼技術雜志》2016年第4期

摘要：

為了研究回火溫度、析出相對含Mo-V-Ti鋼組織與性能的影響，試驗采用550mm軋機對含Mo-V-Ti鋼軋制后進行完全淬火，然后在630～710℃不同的溫度下進行回火。結果表明，高溫回火后，鋼的組織由回火索氏體和少量貝氏體組成，組織中發生回復和再結晶，鋼的強韌性匹配發生變化。在670℃以下回火時產生的析出相主要為Ti、V和Mo復合的碳氮化合物和V、Mo復合的碳氮化合物，隨著回火溫度的提高，產生了新的析出相Fe、Mn和Mo及V合金滲碳體，析出相對鋼的強韌性有重要影響。

關鍵詞：

Mo-V-Ti鋼；回火溫度；屈服強度；析出相

利用Mo-V-Ti復合合金化可以生產出屈服強度在500MPa以上，具有良好的塑性，且-40℃韌性不低于140J的鋼種。由于成分設計的原因，該鋼的淬透性較低，且回火溫度區間較窄。淬透性和回火溫度是影響調質鋼組織和性能的兩個重要因素，二者有效結合，能使鋼達到良好的強韌性匹配[1]。在一定淬透性的前提下，分析回火溫度對鋼的性能的影響，對Mo-V-Ti鋼的組織與性能分析具有重要意義。

1試驗方案

1.1試驗鋼冶煉

經過200kg真空感應爐冶煉后的鋼坯，再進行電渣重熔，重熔后鋼坯化學成分如表1所示。

1.2軋制、熱處理及檢測分析

重熔后的鋼錠在550mm中厚板試驗軋機進行軋制，軋制后保溫溫度為1250℃，保溫時間為60min，軋制成品厚度為13mm。在RX2-37-13高溫箱式電阻爐進行淬火試驗，淬火工藝為：920℃保溫，40min后快速水淬。在RX2-37-13高溫箱式電阻爐進行高溫回火試驗，回火溫度為630~710℃，溫度間隔為20℃，保溫時間120min，空冷。拉伸試驗在Z600電子拉伸材料試驗機上進行，試驗按國家標準GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》進行橫向拉伸試驗。沖擊試驗在ZBC2602全自動沖擊試驗機上進行，試驗按國家標準GB/T229-2007《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》進行，采用V型缺口，10mm×10mm×55mm橫向試樣，沖擊溫度為0℃、-30℃和-60℃。對熱處理后的試樣在Olympus光學顯微鏡下進行微觀組織觀察，在TecnaiG220透射電子顯微鏡下進行組織和析出物的觀察。

2試驗結果與分析

2.1淬透性分析

對淬火后鋼板進行金相組織觀察，其組織形貌如圖1所示。從圖1中可以看出，淬火后組織為板條馬氏體和少量的貝氏體組織，板條馬氏體含量為92%。淬火后得到的板條馬氏體是一種亞穩定相，碳原子有從晶格間隙中自發脫溶的趨勢。淬火后的鋼板需要經過高溫回火后才能得到穩定的組織。

2.2回火溫度對力學性能的影響

對回火后鋼板進行橫向拉伸和沖擊檢驗，其性能結果如表2所示。從表2可以看出，對熱軋態鋼板淬火后，在630~710℃進行回火時，隨著回火溫度的提高，屈服強度和抗拉強度逐漸下降，延伸率和面縮率逐漸升高，當回火溫度在670℃以上時，屈服強度、延伸率和面縮率的變化不大。各溫度下的沖擊功隨著回火溫度的升高而升高，670~690℃回火后的沖擊功變化更為明顯。

2.3回火溫度對組織的影響

在630~710℃范圍內回火時，淬火后的板條馬氏體逐步分解，試驗鋼組織由回火索氏體和少量的貝氏體組成。630~670℃回火時，組織中保留了明顯的馬氏體板條位相，α相仍保持板條位相，碳化物轉變成與基體無共格關系的細粒狀滲碳體，如圖2（a）～（c）所示；690℃回火時，少部分α相開始發生回復和再結晶，形成等軸鐵素體晶粒，碳化物聚集成粗粒狀如圖2（d）所示；710℃回火時，板條馬氏體位相形態基本消失，板條鐵素體轉化為多邊形鐵素體，回復和再結晶更為明顯，如圖2（e）所示。隨回火溫度的升高，板條鐵素體變寬，晶界逐漸模糊，向多邊形轉化；碳化物由細小逐漸長大并且球化。

2.4析出相對力學性能的影響

利用TecnaiG220透射電鏡對制取的碳膜萃取復型試樣進行第二相粒子析出分析。淬火過程中保留的大量位錯為回火后析出物的析出提供了場所［1］。在670℃以下回火時，析出物為粗大的方形Ti、V和Mo復合的碳氮化合物，尺寸為120~150nm，如圖3（a）、（b）所示；還有細小的球狀V、Mo復合碳氮化合物，尺寸為20~40nm，如圖3（c）、（d）所示。細小而彌散分布的析出物主要起著沉淀強化的作用。670℃以上回火時，出現了大顆粒的析出物，大顆粒析出物的形貌和能譜見圖4。從圖中可以看出，析出物為Fe、Mn、Mo、V合金滲碳體，尺寸在200nm以上，可見在670℃以上回火時，有部分Mo和V的元素脫溶進入合金滲碳體晶格中，還有部分V、Mo元素以碳氮化合物的形式析出。在回火過程中,合金元素Ti、V和Mo通過轉化結晶,實現滲碳體到合金碳化物的原位轉變,或通過單獨形核長大或異質形核長大等方式實現滲碳體到合金碳化物的轉變，這一過程中形成的少量納米級合金碳化物對強度的提高有一定作用，當尺寸較小時,對屈服強度的提高貢獻較大；隨著回火溫度的升高,屈服強度緩慢降低，基體組織的軟化使得鋼的塑性和沖擊功均有提高。沖擊功大幅提高的主要原因是鋼中的間隙固溶原子C含量的大幅降低和位錯的減少造成的，雖然析出的合金碳化物對Mo-V-Ti鋼產生了一定的強化作用，但不足以抵消強度降低的總體趨勢。回火后的第二相粒子析出物形貌見圖5。從圖中可以看出，670℃以下回火時，隨著回火溫度的升高，Ti、V和Mo復合的碳氮化合物和V、Mo復合的碳氮化合物尺寸和數量沒有明顯變化。此時碳氮化合物由粗大的方形Ti、V和Mo以及細小的V和Mo組成。670℃以上回火時，又出現了新的析出物：Fe、Mn、Mo、V合金滲碳體，并且隨著回火溫度的升高逐漸長大，數量逐漸增多。新析出的合金滲碳體在鋼種起著第二相強化的作用，在一定程度上彌補了高溫回火時候位錯密度降低所帶來的強度下降。在較高的回火溫度下，該材料具有很好的塑韌性和沖擊功。在710℃時，回火時該鋼塑韌性達到最大值，但表現出較低的強度，在630℃回火時，該鋼可以獲得較高的強度和硬度，但塑韌性較低。當回火溫度在670℃時，該鋼的各項力學性能達到了良好的匹配，具有較高的屈服強度和塑性。

3結論

（1）在630~710℃回火時，隨著回火溫度升高，強度逐漸減低，韌性逐漸提高，塑性有一定提高。

（2）經過高溫回火后，鋼的組織由回火索氏體和少量的貝氏體組成，隨著回火溫度的升高，組織中發生回復和再結晶，鋼的強韌性匹配發生變化。

（3）試樣在670℃以下回火時產生的析出物主要是Ti、V和Mo復合的碳氮化合物，以及V、Mo復合的碳氮化合物，隨著回火溫度的提高，產生了新的析出物，Fe、Mn、Mo、V合金滲碳體，析出相對鋼的強韌性起著重要的影響。

參考文獻：

［1］張杰，蔡慶伍，樊艷秋，等.回火溫度對E690海洋用鋼組織和顯微硬度的影響［J］.材料熱處理學報，2012,33（4）:55-61.

作者:王樹森 趙剛 劉璇 李大航 周洪慶 高若涵 單位:海軍駐鞍鋼軍事代表室 鞍鋼集團鋼鐵研究院