史學星，鞠新華，王 蕾，白 冰

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

0 引 言

連續(xù)冷卻轉變（CCT）曲線的繪制是新鋼種開發(fā)的一個基本研究內容，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變規(guī)律，是分析轉變產物組織與性能的依據，也是制定軋制工藝和熱處理工藝的重要依據［1］。DH36高強度船板鋼因具有較高的強度和良好的低溫沖擊韌性，能夠滿足船舶工業(yè)的需要，越來越多地應用于船舶制造［2］。但目前在文獻中很難查到DH36高強度船板鋼的動態(tài)CCT曲線、TTT曲線等基礎參考數據。而在高性能船板鋼的生產過程中，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和光學顯微鏡等研究了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變產物的硬度，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。

1 試樣制備與試驗方法

試驗材料為熱軋態(tài)DH36鋼板，其化學成分（質量分數／%）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的升降溫速率進行臨界相變點測定試驗。

采用OLS3100型共聚焦光學顯微鏡觀察不同冷速下DH36鋼的顯微組織，腐蝕劑為體積分數為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；采用頂桿膨脹法結合金相硬度法繪制DH36鋼的動態(tài)CCT曲線［5］。

2 試驗結果與討論

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；當冷速達到15℃·s－1，組織為貝氏體和少量鐵素體；冷速繼續(xù)提高，達到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－時間對數的坐標上繪出表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（其中實測數據用實線表示，計算數據用虛線表示），同時在該坐標上標出Ac1、Ac3、Ms和Mf點（其中，Ac1和Ac3由試驗測得；Ms和Mf點通過文獻 ［6］提供的經驗計算公式得到，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，鐵素體組織細化并以針狀為主，數量很少。在0.2～13℃·s－1冷速范圍內發(fā)生珠光體轉變，且隨著冷速的提高珠光體含量逐漸減少。貝氏體轉變冷速范圍則比較寬，冷速達到3℃·s－1時，就出現少量貝氏體，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小的板條狀。冷速達到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，當冷速達到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，其組織細化產生細晶強化；另一方面是因為隨著冷速提高，軟相的鐵素體體積分數減少，硬相貝氏體體積分數增多的緣故。當冷速達到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，與現場實際生產還存在一定差異，但利用膨脹法結合硬度法繪制出的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 論

（1）當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，得到鐵素體、貝氏體和少量珠體組織；冷速達到15℃·s－1時，得到貝氏體和少量鐵素體組織；冷速達到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，當冷速達到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［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

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

［3］王偉，蘇志敏.EH40高強度船板鋼動態(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：科學出版社，1993.