对Fe-0.9C-1.4Si-1.6Mn-0.8Cr-0.2Mo-0.25Al钢锭分别进行冷轧与热轧变形处理，再进行850~1100℃奥氏体化处理和300℃等温处理，研究了轧制预变形和奥氏体化温度对显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：经950℃奥氏体化后，冷轧预变形钢主要由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成，热轧预变形钢则由贝氏体和残余奥氏体组成，相比于未预变形钢，残余奥氏体含量减少；冷轧变形可同时提高钢的抗拉强度和断后伸长率，热轧变形则会降低断后伸长率。当奥氏体化温度在850~1050℃时，冷轧预变形钢的残余奥氏体含量变化不大，当奥氏体化温度为1100℃时，残余奥氏体含量减少并出现片状魏氏体铁素体；随着奥氏体化温度升高，冷轧预变形钢的抗拉强度和断后伸长率先略微增大后减小，当奥氏体化温度为950℃时达到最大。
1、试样制备与试验方法
试验材料为Fe-0.9C-1.4Si-1.6Mn-0.8Cr-0.2Mo-0.25Al(质量分数/%)钢锭。在钢锭上切割出厚度为6mm的钢板，采用电感耦合等离子发射光谱仪测得其化学成分(质量分数/%)为0.92C，1.38Si，1.67Mn，0.81Cr，0.22Mo，0.24Al，余Fe。
采用四辊可逆式冷轧机对试验钢板进行4道次冷轧变形处理，加工成厚度为3mm 的冷轧预变形钢板。另外，采用二辊热轧机对试验钢板进行4道次热轧变形处理，开轧温度为1120℃，终轧温度为890℃，加工成厚度为3 mm的热轧预变形钢板。将未预变形试验钢板、冷轧预变形钢板和热轧预变形钢板在950℃进行奥氏体化处理，保温0.5h，随后置于盐浴炉中进行300℃×1h的等温处理，空冷至室温。根据组织和强塑积，确定出较佳的变形工艺，采用该变形工艺对试验钢板进行预变形处理，再在不同温度(850~1100℃)下进行奥氏体化和等温处理，工艺参数同前。
采用线切割方法从未预变形钢板和轧制预变形钢板上截取尺寸为15mm×15mm×15mm的试样，用牙托粉镶嵌，砂轮打磨掉表面加工痕迹后，采用60#~1500#二氧化硅砂纸逐级打磨，再用金刚石研磨膏抛光，清洗吹干，用体积分数为4%的硝酸酒精溶液腐蚀至表面发灰，在 光学显微镜上观察显微组织；采用扫描电子显微镜(SEM)观察微观形貌。用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析，并用附带的Jade6.5软件计算残余奥氏体含量(体积分数)。
采用线切割方法在钢板上截取尺寸为110mm×11mm×3mm的拉伸试样，标距为30mm，根据GB/T 228.1—2010，在电子万能试验机上进行室温拉伸试验，拉伸速度为2mm·min-1，测3个试样取平均值。
2、试验结果与讨论
2.1 预变形对显微组织和拉伸性能的影响
由图1可见：经奥氏体化和等温处理后，形试验钢的显微组织由贝氏体铁素体(BF)、薄膜状和块状残余奥氏体(RA)组成；冷轧预变形试验钢的显微组织由细小的贝氏体铁素体条束和薄膜状残余奥氏体组成；热轧预变形试验钢的显微组织由粗且长的贝氏体束和块状残余奥氏体组成，块状残余奥氏体尺寸相对未预变形试验钢要小。
由图2可见，经奥氏体化和等温处理后，未预变形、冷轧预变形和热轧预变形试验钢的物相都主要由体心立方结构的铁素体和面心立方结构的奥氏体组成。采用衍射仪法对衍射峰强度进行计算，得到未预变形、冷轧预变形和热轧预变形试验钢中的残余奥氏体体积分数分别为19.01%，11.21%，12.70%。可见冷轧预变形和热轧预变形均可以降低试验钢中残余奥氏体含量。这主要是因为变形会使试验钢中产生高密度位错，为贝氏体铁素体形核创造有利条件，从而加速等温贝氏体转变，减少残余奥氏体含量。
表1 奥氏体化和等温处理后未预变形、热轧和冷轧预变形试验钢的室温拉伸性能
由表1可知：经奥氏体化和等温处理后，冷轧预变形试验钢的抗拉强度、断后伸长率和强塑积分别较未预变形试验钢提高了42.6%，134.5%，234.7%；热轧预变形试验钢的抗拉强度较未预变形试验钢提高27.9%，但是断后伸长率和强塑积都小于未预变形试验钢。奥氏体化和等温处理后，冷轧预变形钢中的贝氏体铁素体条束较为细小，残余奥氏体含量较少且多为薄膜状，因此其抗拉强度和断后伸长率都有所提高；热轧预变形钢中的贝氏体束粗且长，残余奥氏体多呈块状，因此抗拉强度升高而塑性降低。综上可知，冷轧预变形试验钢的组织更加细小，且强塑积最大，故后文以冷轧预变形试验钢作为研究对象，研究奥氏体化温度的影响。
2.2 奥氏体化温度对显微组织与拉伸性能的影响
由图3可知：当奥氏体化温度在850~1050℃时，冷轧预变形试验钢的组织为贝氏体铁素体、薄膜状/块状残余奥氏体和少量马氏体；当奥氏体化温度升高至1100℃时，除贝氏体铁素体和残余奥氏体外，还出现少量沿粗大原奥氏体晶界生长的片状魏氏体铁素体(WF)；此外，当奥氏体化温度为950℃时，贝氏体铁素体的尺寸相对较小，薄膜状残余奥氏体的尺寸相对较大，而当奥氏体化温度为1100℃时，贝氏体铁素体的尺寸相对较大，薄膜状残余奥氏体的尺寸相对较小。
由图4可知，冷轧预变形试验钢的平均晶粒尺寸随奥氏体化温度的升高而增大，这可能与钢中第二相粒子溶解造成对奥氏体晶粒粗化的抑制作用减弱有关。
由图5可见，不同温度奥氏体化和等温处理后，冷轧预变形试验钢的物相组成相同，均主要为奥氏体和铁素 体。计算得到当奥氏体化温度分别为850，900，950，1000，1050，1100℃时，试验钢中残余奥氏体体积分数分别约为12.9%，11.8%，12.2%，11.6%，12.6%，5.4%。可见850~1050℃温度范围的奥氏体化处理对试验钢中残余奥氏体含量影响不大，但是当奥氏体化温度升高至1100℃时，残余奥氏体含量明显减少。这主要是因为经1100℃奥氏体化后，试验钢中形成了粗大的残余奥氏体和片状魏氏体铁素体，粗大奥氏体晶粒会加速贝氏体束长大并在一定程度上会提升贝氏体转变量。
由图6可知，随着奥氏体化温度升高，冷轧预变形试验钢的抗拉强度和断后伸长率整体呈现先略微增大后减小的趋势，且均在奥氏体化温度为950℃时达到最大，强塑积达到31.63GPa·%。这主要是因为当奥氏体化温度在950℃时，试验钢中的奥氏体晶粒和贝氏体铁素体尺寸较小，同时在拉伸时产生了残余奥氏体相变诱导塑性效应。在850~900℃奥氏体化并等温处理后，试验钢的抗拉强度和断后伸长率高于在1000~1100℃奥氏体化并等温处理后，这是因为在较低奥氏体化温度下，试验钢的奥氏体晶粒和贝氏体铁素体尺寸较为细小且残余奥氏体含量较高；此外，当奥氏体化温度升高到1100℃时形成的粗大魏氏体铁素体会进一步降低试验钢的强度和塑性。
3、结 论
(1)经950℃奥氏体化和300℃等温处理后，未预变形试验钢的显微组织由贝氏体铁素体、薄膜状和块状残余奥氏体组成，冷轧预变形试验钢由细小的贝氏体铁素体条束和薄膜状残余奥氏体组成，热轧预变形试验钢则由粗大的贝氏体束与块状残余奥氏体组成，块状残余奥氏体尺寸小于未预变形试验钢；预变形处理可降低试验钢组织中残余奥氏体含量。
(2)经850~1050℃奥氏体化和300℃等温处理后，冷轧预变形试验钢的组织均由贝氏体铁素体、薄膜状/块状残余奥氏体和少量马氏体组成，残余奥氏体体积分数在11.6%~12.9%，变化不大，但当奥氏体化温度升高至1100℃时，残余奥氏体体积分数降低至5.4%，并且组织中还出现少量片状魏氏体铁素体；冷轧预变形试验钢的平均晶粒尺寸随奥氏体化温度升高而增大。
(3)经950℃奥氏体化和300℃等温处理后，冷轧预变形试验钢的抗拉强度、断后伸长率和强塑积分别较未预变形试验钢提高 42.6%，134.5%，234.7%，热轧预变形试验钢的抗拉强度较未预变形试验钢提高，但是断后伸长率和强塑积都减小；随奥氏体化温度的升高，冷轧预变形试验钢的抗拉强度和断后伸长率均先略微增大后减小，当奥氏体化温度为950℃时均达到最大。
引用本文：
赵秋红，王庆芬，马到原.轧制预变形和奥氏体化温度对贝氏体钢显微组织与拉伸性能的影响[J].机械工程材料，2023，47（7）：62-66，71.
Zhao Q H, Wang Q F, Ma D Y.Effect of Rolling Pre-deformation and Austenitizing Temperature on Microstructure and Tensile Properties of Bainitic Steel, 2023, 47（7）: 62-66，71.
DOI:10.11973/jxgccl202307010
来源：机械工程材料
关键词：
轧制预变形
奥氏体化温度
贝氏体钢
