|
《山东冶金》 2000年第4期
38Si7钢的强韧化处理 付常林 , 朱伟华 （莱芜钢铁集团有限公司品质保证部,山东 莱芜 271105） 摘 要：8Si7钢 经强韧化处理后,与常规热处理相比，在强度相当的同时，冲击韧性有显著提高。文章 详细分析和讨论了38Si7钢的强韧化机理。 关键词：38Si7钢; 强韧化 ;热处理;韧性 中图分类号: TＧ161文献标识码：B 文章编号：10044620(2000)04003603 Heat Treatment of Strengthening and Toughe ning of 38Si7 Steel FU Changlin,ZHU Weihua (Quality Guarantee Department of Laiwu Iron and Steel Group,Co.,Ltd .Laiwu 2711 05,China) Abstract: In this paper,the microstructure and propert ies of 38Si7 steel after toughening treatment have been studied.It is shown that compared with conve ntional heat treating steel,the impact toughness of the steel through toughening treatment makes marked increase,keeping the same strength level,and the touhening mechani sm also has bee n discussed and analyzed in detail in this paper. Key words: 38Si7 steel;toughening;heat treatment;toughness 1 前 言 38Si7 钢是德国轨道夹具用弹簧钢。目前，国内大多数铁路钢材中，轨道夹具弹簧多用60Si2Mn钢，铁路部门正试图用38Si7钢取代60Si2Mn钢，现处于开发试用阶段。38Si7钢 具有冶炼工艺简单、成本低、强韧性高、耐冲击等优点，具有很高的使用价值。用做轨道夹具弹簧时，有紧固、减振作用，要求具有较高的强度和冲击韧性。国内尚缺乏与此相应的热处理工艺制度。38Si7钢经常规热处理后，发现该钢的常温冲击韧性和低温冲击韧性不能满足轨道 弹簧在低温恶劣环境中的使用条件，不利于38Si7钢的推广应用。强韧化热处理是合金钢强韧化的有效途径之一〔１〕。本文对38Si7钢进行了临界区热处理的试验研究，得出了提高低温 冲击韧性的最佳热处理规范，为今后38Si7钢适用于不同工况时的热处理工艺提供参考。 2 试验材料和方法 2.1 试验材料 电炉熔炼38Si7钢，成分见表1〔2〕。试样取自Ø14mm热轧圆钢，冲击试样采用夏氏V型55mm×10mm×5mm缺口试样。 表1 38Si7钢化学成分%
2.2 试验方法 试样进行常规热处理和强韧化处理。强韧化热处理工艺如图1所示。其过程分为高 温淬火、亚温淬火和回火3个过程。 常规热处理制度为:860℃×30min水淬→490℃×20mi n水冷。 冲击功在JB-30B冲击试验机上测得，观察宏观断口在XL30型扫描电镜下进行， 在Jane型金相显微镜下进行显微组织观察。
3 试验结果 3.1 强韧化处理后的硬度与显微组织 38Si7钢经890℃第一次高温淬火后的马氏体态经800℃再次淬火后，其硬度值在HRC45左右。 再经400℃回火后，其硬度为HRC35，强度为1230MPa。采用常规热处理,860℃水淬后硬度为HRC50,490℃回火处理后,强度达1265MPa,硬度为HRC36 。所以两种热处理制度的硬度和强度大致相当。 38Si7钢经热处理后的显微组织如图2所示。可以看出：常规淬火后，组织中马氏体数量较多，晶粒比较粗大，如图2a所示。经强韧化处理工艺的800℃淬火后的组织见图2b，可以清晰地辨认出大部分铁素体呈针叶状分布在板条马氏体中，而且在一个小区域内铁素体大致平行。400℃回火后的显微组织见图2c，可清楚地看到白色铁素体条均布于回火屈氏体之间。
a常规淬火后显微组织 b亚温淬火后显微组筑 c强韧化处理后显微组织 图2两种工艺处理 后的显微组织(800×) 3.2 对冲击功和断口形貌的影响 不同热处理工艺对冲击功的影响见表2。 由表2可见，对38Si7钢按两种不同的规范进行热处理，在强度值相当 的情况下，在各个试验温度下，均以常规处理态的冲击功最低。可见，38Si7钢经强韧化热 处理显示出较佳 的强韧化效果。 表2 两种工艺处理后冲击功对照 J
观察冲击断口宏观形貌发现，常规热处理后的冲击断口结晶 区的面积约为50%，在－20℃时冲击试验后结晶区增加到80%左右；强韧化热处理后断口结晶 区面积约为20%，－20℃时结晶区约占30%，－40℃时结晶区增至40%左右。用扫描电镜观察 结果表明，－20℃的常规态冲击断口上仅在剪切唇处有极少量的韧窝，且韧窝大而浅，绝大 部分已呈准解理，如图3a所示。但强韧化处理后在－20℃时的断口上有大量的韧窝和韧窝带 ，且韧窝小而深，如图3b所示。
a 常规热处理试样冲击断口 b 强韧化处理后试样冲击断口 图3两种工艺处理后冲击试样冲击断口电镜照片 4 讨论与分析 4.1 强韧化处理对强度的影响 亚温淬火后，组织中的铁素体数量增多，铁素体从预先淬火马氏体中脱溶析出，其含碳量较一般铁素体中的碳含量高，碳在短时间的保温过程不能达到平衡，产生了碳的固溶强化 〔3〕 ；同时，38Si7钢中硅的含量很高，硅元素是扩大α相区的元素，会向铁素体富集，使铁素体产生硅的固溶强化〔4〕 。另外，电镜观察发现铁素体中有一些细小的沉淀相，它们与铁素体的高密度位错交互作用，提高了铁素体的强度。 预先淬火后得到的非平衡组织马氏体，具有高密度位错。在（α+γ）临界温度区加热时，马氏体位错部分被保留下来，成为奥氏体晶核形成部位，增大了形核率，使奥氏体的起始晶粒比较细，而且组织中的塑性铁素体阻碍了奥氏体的晶界迁移长大，使亚温淬火后晶粒显著细化，产生了细晶强化。 4.2 强韧化对低温冲击韧性的影响 亚温淬火时，钢的基体中未溶的分散、细小的条状铁素体和低固溶度的奥氏体转变可得 到较多的铁素体相，这些韧性的铁素体相包围了高强度的马氏体相〔5〕 。在中温回火过程中，马 氏体组织发生索氏体转变，但铁素体组织没有变化，依然分布在索氏体的周围。这种结构对 提 高强度有利的同时，条状铁素体相也成为裂纹扩展的障碍，使裂纹钝化，大大提高了其韧性 。亚温淬火时奥氏体的晶粒均匀细小，淬火后残余奥氏体的量大大增加，这些残余奥氏体以 薄膜状分布于板条马氏体边界，回火后残余奥氏体仍然稳定存在。当温度继续下降 时，由于这些残余奥氏体非常稳定，几乎不发生分解，它们使裂纹在索氏体组织中扩展受到 抑制，提高了断裂所需的能量，增加了低温冲击试验过程中所消耗的功。 5 结 论 5.1 对38Si7钢采用合适的强韧化热处理制度能在与常规热处理保持等强度的同时 ，有效地提高其冲击韧性，－20℃时的冲击值提高46%。 5.2 强韧化处理使38Si7钢得以明显韧化的原因是其组织得到显著细化，同时， 细条状铁素体和薄膜状存在的残余奥氏体对抑制裂纹扩展也起到了一定作用。 参考文献: 〔1〕沈显璞.雷廷权。低合金高强度钢—铁素体加马氏体双相钢,金属 热处理，1981,1:19 〔2〕李绪宝等。德标38Si7调质弹簧钢的开发。山东冶金,20002:20 〔3〕王传雅.钢的亚温处理.大连:大连铁道学院出版社,199012 〔4〕杨宝森.浅论提高超高强度钢的途径.上海金属，1982,8：23 〔5〕肖纪美。金属的韧性与韧化。上海:上海科技出版社,198054
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
