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低碳退火钢中的游离渗碳体的金相研究 |
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作者：太原重型机械学院 郭东城 张梁 |
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摘 要：本文对低碳退火钢中的游离渗碳体的形成、形态及影响因素进了工艺试验和分析。
关键词：低碳退火钢；游离渗碳体
0 引言
对于碳含量不大于0.15%的08Al、10等低碳退火钢，按其产品标准要求需检验游离渗碳体。国标《钢中显微组织检验法》中附有游离渗碳体标准评级图及其说明。但是多年来，由于人们对低碳钢游离渗碳体概念有不同的理解，以及标准评级图所存在的问题等给正确的评定带来困难，致使金相检验人员难以统一认识。不少人认为低碳钢的游离渗碳体就是三次渗碳体，即由铁素体析出者；有的人则认为，游离渗碳体并非只在低碳钢中存在，过共析钢中也有游离渗碳体，渗碳体呈自由态者皆是。对极低碳钢(C≤0.02%)，其游离渗碳体就是三次渗碳体.而属亚共析的低碳退火钢(C的含量大于0.02%)的游离渗碳体主要是珠光体的转变产物；但其中也含有三次渗碳体。因此我们认为如何正确理解低碳退火钢游离渗碳体这一概念，对正确执行标准，促进评级的统一性，提高产品质量有其重要意义。本工作试图对低碳退火钢中的游离渗碳体的形成、形态及其影响因素，根据钢铁生产第一线情况作一些分析探讨。
1 试验内容
分别观察化学成分为0.09%C、0.35%Mn、0.03%Al、0.03%Si、0.015%P、0.02%S；规格为5mm、3.2mm厚08Al冷轧未退火板的组织，用以比较、推断作为冷轧坯料的热轧钢板(12mm厚)和热轧卷板((5mm厚)轧后冷却速度与珠光体数量。
将未退火的08A1冷却试样，在箱式电护中，分别在系列温度600，620，640，660，680，700，720℃加热并保温1小时、3小时，以50℃/小时冷却降温至300℃出护。而后，对所有试样进行了观察，以了解珠光体的球化过程及渗碳体形态变化。
观察对比了在煤气翠式炉内按两种大生产退火工艺(620℃/6小时和600℃/8小时〕处理的试样的渗碳体形态及其分布。
2 试验结果
1) 分别观察由12mm厚板坯冷轧为5mm厚和由5mm厚卷板坯冷轧为3.2mm厚的08Al未退火的显微组织。前者为铁素体-珠光体，如图1。后者除铁素体-珠光体外，还有条状渗碳体，如图2。由此推知，卷板坯轧后冷速较慢或卷取温度较高，故有条状渗碳体沿铁素体晶界析出。而12mm板坯冷却较快，但它们的珠光体数量大致相当。
图1 铁素体-珠光体 500×
图2 铁索体-珠光体-条状渗碳体 1200×
2) 将OSAI试样在箱式电炉内，在600℃保温1小时退火后，金相观察结果，在珠光体组织内少教渗碳体片有分节断开向着点线状转变的趋势.将完全相同的08A1试样在箱式电炉内，分别在620℃，640℃保温3小时退火后，金相观寮结果:点线状渗碳体的数量增多，并有部分渗碳体呈粒状同样的08A1试样，装在同样的箱式电炉内将退火温度提高到660℃，680'C，分别保温3小时后，金相观察结果:片状渗碳体基本转变为点粒状，但仍保留珠光体岛的形貌而同样的做法，将退火温度提高至720℃时渗碳体大部分呈垃状，其数量明显减小，珠光体岛的形貌基本消失如图3，图4。
图3 640，3小时，退火。500×
图4 720，3小时，退火。500×
3) 在煤气罩式炉中620℃保温6小时退火，珠光体基本球化且炉内上层试样中的渗碳体籁杖较中下层的试样粗大；而在600℃保温8小时退火仅上层试徉中的珠光体球化，中下层试样中仍有珠光体片状组织.观寮结果表明，退火后08Al中的渗碳体分布与未退火的珠光体分布状态基本一致.珠光体呈带状分布，球化退火后渗碳体呈条链状分布.
3 讨论
3.1 关于低碳退火钢中游离渗碳体的形成及形态
从上面对各种系列温度进行热处理试样的金相观察，得出：珠光体的球化，不仅是片状共析渗碳体向粒伏珠光体的转变；并伴随着共析铁素体与先共析铁素体界限的消失及其珠光体形貌的消失；与此同时.有时有极细小碳化物的析出、聚集、长大。从而粒状渗碳体便不受其共析体-珠光体的约束，而呈自由态游离于铁累体的基体之中，见图5。再者，在缓冷的条件下，也会有三次渗碳体的析出，从对大量试样的观察分析看.标准评级图中所指的游离渗碳体，主要就是这种珠光体转变的产物。
图5 游离渗碳体 500×
片状珠光体中的片状渗碳体，在加热过程中之所以能自发的破裂、球化，解脱其共析铁素体的约束而呈自由态，是因为片状渗碳体的表面积大于同样体积的粒状渗碳体。因此从能量的角度考虑，渗碳体的球化是一个自发的过程根据胶态平衡理论，第二相质点的溶解度与质点的曲率半径有关。曲率半径愈小、其溶解度愈高.片状渗碳体的尖角处的溶解度高于平面处的溶解度。这就使得铁素体与渗碳体尖角处的碳浓度大于与平面接壤处的碳浓度，在铁素体内形成碳的浓度梯度。引起了碳的扩散，扩散的结果破坏了界面上碳浓度的平衡.为了恢复平衡，渗碳体尖角处将进一步溶解，渗碳体平面将向外长大，如此不断进行，最后形成了各处曲率半径相近的粒状渗碳体。
在片状渗碳内的亚品界、位错高密度区等晶体缺陷都会引起渗碳体的断裂。例如亚晶界的存在将在渗碳件内产生一界面张力，从而使片状渗碳体亚品界处出现沟槽，沟槽两侧将成为曲面与平面相比曲面具有较小的曲率半径，因此溶解度较高，曲面处的渗碳体将溶解.而使曲率半径增大.破坏了界面张力的平衡.为恢梦平衡，沟槽进一步如深.如此循环进行，直至渗碳体片熔穿，断为两截，然后再通过尖角溶解，平面长大而逐渐球化并从而克服共析体—原来的片状铁素体的约束.而自由地分布于铁素休的蓑体之中、成为游离渗碳体。
3.2 关于影响低碳钢游离渗碳体形态的主要因素
冷轧坯料--热轧板的原始组织形态、冷轧变形量及退火工艺对游离渗碳体的形貌均有重要影响观察作为冷轧坯料的12mm厚热轧板冷轧成5mm厚时显微组织为铁素体和珠光体.在610℃～630℃，6小时，正常退火后其游禽渗碳体呈细粒状，未观察到三次渗碳体析出；而以5mm厚热轧卷板冷轧成3.2mm时其显微组织除铁素体一珠光体外还出现条状渗碳体。可以推想，这是热轧卷板的组织遗传，当热轧板卷在珠光体转变之前卷取，即卷取温度较高时.由于高温区缓冷碳的扩散较为充分，渗碳体聚集而粗化。同时也因铁素体中碳的溶解度降低而析出三次渗碳体，退火后能清晰看到珠光体转变为粗粒状渗碳体明显特征。若热轧板卷曲的温度低时，在未卷之前便产生了珠光体转变，就不会得到聚集的渗碳体正常退火后，珠光体便转变为细粒状渗碳体。
对ASE1080钢不同变形量试样进行退火，使之珠光体的球化率均达到95%时，所用的保温时间各不相同.从附表可清楚地看出，试变形量愈大，珠光休球化到相同程度所需的时间愈短。
按现行大生产工艺在610～630℃保温6小时退火后，珠光体中的渗碳体基本都转变成点粒状渗碳体；加热温度达700～'720℃时由于碳化物的析出、聚集、长大而呈粗粒状；当退火温度再高至800℃左右时，出现两种情况：1、冷却较快的珠光体呈细片状；2、冷却速度缓慢时除珠光体外还有条状渗碳体析出；当退火温度560～600℃时片状珠光体球化不佳，仍有未转变的珠光体。
4 结论
1) 碳含量≤.0.15%低碳退火钢板中的游离渗碳体主要是珠光体转变产物，其中也会有三次渗碳体的存在；而极低碳钢中的游离渗碳体就是三次渗碳体。
2) 影响低碳退火钢游离渗碳体形态的主要是坯料的原始组织、退火工艺及变形量等因素。(end)
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(5/17/2010) |
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