专利名称：钢铁材料控冷cct曲线测定方法
技术领域：
本发明属于金属材料、黑色金属材料研究技术领域，特别是利用热模拟试验机模 拟钢铁材料现场生产工艺过程，研究分段控冷工艺对金属材料相变行为和组织转变的影 响。
背景技术：
钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线，即连续冷却转变曲线，以下简称CCT曲线。对 于了解钢铁材料的组织与性能、合理选用钢材、制定合理的热处理工艺等都是必不可少的 技术资料。近年来，在新钢种研制，特别是在新工艺的研究中，如控制轧制工艺、控制冷却工 艺的研究中具有重要的指导意义。CCT曲线通常分为静态(不变形)CCT曲线和动态(变 形)CCT曲线。通常静态CCT曲线比较容易确定，而且可以清晰的描述钢在连续冷却时的组 织演变规律，具有很大的实际意义。因此，为大家所普遍采用，但对于用控轧控冷生产的钢 材来说，其相变的冷却过程与静态CCT的冷却过程有较大的差别，对相变温度及过程要求 也更加严格，因此，研究钢铁材料在控轧控冷条件下的CCT曲线就显得十分重要。本发明提 出了一种利用热模拟试验机模拟钢铁材料在控轧控冷条件的相变过程并测量该条件下的 CCT曲线(简称控冷CCT曲线)的测试方法。也即通过膨胀曲线分析，测定相变温度和相变 动力学曲线，观察钢在控制冷却中的相变并测量临界点，绘制控冷CCT曲线。控轧控冷工艺是现代钢材生产中应用越来越广，越来越重要的工艺之一，钢铁材 料所要求的组织结构和力学性能在成分确定之后，主要是通过控轧控冷来获得。随着钢材 生产速度的提高，控轧控冷已成为钢材生产的重要组成部分。控轧控冷过程中的温度和相 变各阶段冷却速度对钢材金相组织的最终形态和产品的性能起决定作用。常规钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)测定方法是将钢试样加热到 奥氏体化温度后，直接以不同速度连续冷却到室温测定相变曲线。
发明内容
本发明的目的在于打破常规过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)的测定方 法，即将试样奥氏体化后，在奥氏体温度Tl后以不同冷却速度冷却试样来测定CCT曲线的 方法，发明一种更接近钢材实际生产过程的控冷CCT曲线测定方法。即将钢材钢试样加热 到奥氏体化温度Tl后，分两个阶段连续冷却试样，在第一阶段快速冷却，即把试样从奥氏 体化温度Tl冷却到相变前温度T2，第二阶段，在T2温度后以不同冷速冷却试样测定CCT曲 线。本发明钢铁材料控冷CCT曲线测定方法主要由如下步骤构成。钢材控冷CCT曲线的测量方法，主要由分析试样的采集、模拟控制冷却工艺、不同 控冷速度下相变点的测量、金相检测和控冷CCT曲线的绘制。把金属材料加工成圆棒试样； 按照黑色冶金行业标准测定钢的临界点；并以V1的加热速度，将试样加热到奥氏体温度T1, 保温t分钟后，以V2速度快速冷却到相变前的温度T2 ；按CCT曲线测量标准分别以等不同冷速Vi (VI，V2…Vi)冷却试样，记录温度一膨胀量变化曲线，测量相变点；再将试样制成金相试样，检测不同冷速下的金相组织；最后按照黑色冶金行业标准的规定，绘制控冷CCT曲 线。以上所述的钢材控冷CCT曲线的测量方法，以300-1200°C /min的加热速率V1将 试样加热到奥氏体化温度Tl，保温时间t = 5-30分钟，然后以300-1200°C /min的冷却速 率V2冷却到相变前温度T2 ；然后分别以Vi = I0C /s、2°C /s、3°C /s、4°C /s、5°C /s、6°C / s、9°C /s、12°C /s、15°C /s、18°C /s、20°C /s 等不同冷速进行冷却。以上所述的钢材控冷CCT曲线的测量方法，其中钢的临界点的测定和绘制控冷 CCT曲线分别按照黑色冶金行业标准YB/T5127-93和YB/T5128-93的规定。本发明的优点在于(1)能够准确模拟控轧控冷工艺，精确测量在实际控冷工艺 下的相变开始温度，优化选择最佳相变开始温度，确保钢材轧后控冷第一阶段参数合理有 效。(2)精确测量在控冷状态下不同冷速的相变温度，得到真实相变温度下的相变组织和结 构特征，保证钢材能获得符合要求的组织和性能。⑶由此测量方法测得的空冷CCT曲线更 接近现场生产过程，进而能有效优化生产控冷工艺，有效改善产品质量。
附图1 试样尺寸与形状示意图。在图1中为Φ8Χ80πιπι的圆棒试样。附图2 控冷CCT工艺示意图。附图3 热模拟试样金相观察面。在图3中(1)热电偶焊，(2)金相观察。附图4:控冷CCT曲线。附图5 热模拟试样的原始组织状态。附图6-附图 11 控冷 CCT 曲线在六种 a = 1°C /s、b = 4°C /s、c = 6°C /s、d = 12°C /s、e = 15°C /s、f = 20°C /s等不同冷速下的金相组织。
具体实施例方式与常规过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)的测定方法不同，控冷CCT曲线 模拟控轧控冷却工艺，分两个阶段以不同速度连续冷却试样。即把钢材奥氏体化后，快速 冷却到接近相变的温度，再以不同冷却速度进行冷却，测定相变曲线。实施方式为将钢试 样加热到奥氏体化温度后，按照控轧控冷工艺要求第一阶段快速冷却，冷却到相变前温度， 为相变做准备，第二阶段为相变过程，主要控制冷却速度，以不同冷却速度对试样进行冷却 并测定相变曲线，保证钢材获得符合要求的组织和性能。相变结束后一般采用空冷。根据 膨胀量-温度曲线确定不同冷却速度下的相转变开始点和结束点，绘制CCT曲线。主要实施步骤由试样的加工、实验方案的制订、利用Gleeble-3800热模拟机进行 不同温度、不同冷却速度的控冷模拟实验和将实验结果利用膨胀法结合金相法绘制CCT曲 线组成。具体包括(1)从钢材钢坯或成品上取样并加工成Φ8Χ80πιπι的圆棒；(2)按照黑色 冶金行业标准ΥΒ/Τ5127-93的规定，膨胀法测定钢的临界点；(3)以一定的加热速度(V1)将 试样加热到奥氏体温度(T1),保温一段时间⑴后快速冷却到相变前的某一温度(T2) ； (4) 按CCT曲线测量标准分别以等不同冷速(vi)冷却试样，记录温度-膨胀量变化曲线，测量 相变点。(5)将试样制成金相试样，检测不同冷速下的金相组织。(6)按照黑色冶金行业标准YB/T5128-93的规定，绘制控冷CCT曲线。
下面参照附图，对本发明做进一步说明。本发明利用Gleeble-3800热模拟机，采 用下述步骤进行控冷CCT曲线测定。以牌号82B高碳高速线材试样取自轧制成Φ9πιπι成品 线材，机加工成O8X80mm的圆棒试样，如附图1所示。按照黑色冶金行业标准ΥΒ/Τ5127-93 的规定，用膨胀法测定钢的临界点。测定时的加热和冷却速率为每小时200°C。高碳钢生 产主要通过终轧后的两次冷却，即先期快冷，后期缓冷来控制其组织和性能。高碳钢在轧后 的冷却过程中要发生奥氏体向铁素体和珠光体的转变，其转变最终产物、各相转变量由奥 氏体状态和冷却过程决定。不同的原始奥氏体晶�：屠淙此俣冉玫讲煌窒傅闹楣馓遄� 织，从而导致了材料的不同性能。因此控冷工艺的合理性对产品性能的优劣至关重要，进行 控冷工艺的模拟试验，可以比较准确地观察各因素对组织、性能的影响，找出控冷过程对高 碳钢组织、性能的影响。实施例本次实验以牌号82B高碳高速线材的试样，在Gleeble-3800热模拟机上，进行不 同吐丝温度、不同冷却速度的控冷模拟实验，将实验结果利用膨胀法结合金相法、绘制实验 钢种的控冷CCT曲线。实验所用材料为天钢生产的82B盘条，其化学成分见表1。表1试验用钢的化学成分％Table 1 Chemical composition of 82B % 1)试样的加工热模拟试样取自轧制成Φ9mm成品线材，机加工成Φ8Χ80πιπι的圆棒试样。试样 的尺寸与形状如图1所示。Gleeble-3800热模拟机采用电阻加热，用点焊于试样中心的镍铬一镍铝热电偶来 采集和控制温度。冷却时通过两端的夹具接触传导散热。如附图3所示，热模拟试样金相 观察面。其中(1)热电偶焊，(2)金相观察。2) 82B钢临界点的测定按照黑色冶金行业标准YB/T5127-93的规定，用膨胀法测定钢的临界点，测量结 果如表2所示。表2热模拟试样临界转变温度Table 2 The critical transformation temperature of thermal simulation samples 3)实验钢控冷CCT曲线的测定将①8X80mm的圆棒试样以V/C /s加热到T/C，保温t分钟，先以V2°C /s的冷 速冷却到 T2°C，然后分别以 1°C /s、2°C /s、3°C /s、4°C /s、5°C /s、6°C /s、9°C /s、12°C /s、 15°C/S、18°C/S、2(TC/S等不同冷速(vi)进行冷却，测量出试样的温度-膨胀量变化曲线， 采用切线法在热膨胀曲线上确定相变温度。具体工艺如附图2所示。经过热模拟后，将试样从热电偶焊接处横向剖开，进行金相检测，试样的取样方法 如图3所示。金相试样经过粗抛、精抛制备好后，其金相观察面用4%的硝酸酒精溶液进行 腐蚀，利用共聚焦激光显微镜和扫描电镜观察和分析试样的金相组织，测定索氏体片层间 距。热模拟试样的原始状态为退火状态，退火温度为850°C /s，保温40min，其室温下 的金相组织为珠光体，如附图5所示。当冷速小于4°C /s时，冷却到室温得到全部珠光体和索氏体组织，只是组织的片 层间距有所不同；当冷速为4°C /s时，开始出现少量贝氏体和马氏体；随着冷速增大，珠光 体和索氏体的量逐渐减少，贝氏体和马氏体的量逐渐增多，当冷速为12°C /s时，室温组织 中大部分为贝氏体和马氏体组织，珠光体和索氏体已经很少；当冷速在15°C /s以上(包括 15°C /s)时，室温组织将得到全部贝氏体和马氏体组织，冷速越大，马氏体所占比例越高。 金相组织如附图6-11所示。通过实验对比可知，控冷CCT曲线的临界冷却速度比静态CCT 曲线的要低，因此，在制定现场控冷工艺时应考虑实际控冷条件下的相变特征，使其更符合 实际相变过程，进而优化组织，优化产品性能。实测的控冷CCT曲线如附图4所示。
权利要求
钢铁材料控冷CCT曲线的测量方法，主要由分析试样的采集、模拟控制冷却工艺、不同控冷速度下相变点的测量、金相检测和控冷CCT曲线的绘制，其特征在于将钢铁材料加工成圆棒试样，按照黑色冶金行业标准测定钢的临界点，以V1的加热速度，将试样加热到奥氏体温度T1，保温t分钟后，以V2速度速冷却到相变前的温度T2；按CCT曲线测量标准分别以不同冷速Vi(V1，V2…Vi)冷却试样，记录温度—膨胀量变化曲线，测量相变点；再将试样制成金相试样，检测不同冷速下的金相组织；最后按照黑色冶金行业标准的规定，绘制控冷CCT曲线。
2.如权利要求1所述的控冷CCT曲线的测量方法，其特征在于以300-1200°C/min的 加热速率V1将试样加热到奥氏体化温度Tl，保温时间t = 5-30分钟，然后以300-1200°C / min的冷却速率V2冷却到相变前温度T2 ；然后分别以Vi = 1°C /s、2°C /s、3°C /s、4°C /s、 5°C /s、6°C /s、9°C /s、12°C /s、15°C /s、18°C /s、20°C /s 等不同冷速进行冷却。
3.如权利要求1所述的控冷CCT曲线的测量方法，其特征在于钢的临界点的测定和绘 制控冷CCT曲线分别按照黑色冶金行业标准YB/T5127-93和YB/T5128-93的规定。
全文摘要
本发明属于金属材料技术领域，目的在于打破常规CCT曲线的测定方法，发明一种更接近实际生产过程的控冷CCT曲线测定方法。即将钢材试样加热到奥氏体化温度T1后，分两个阶段连续冷却试样。步骤包括取样，测定钢的临界点，将试样加热到奥氏体温度T1，保温t分钟后，快速冷却到相变前的温度T2；分别以等不同冷速Vi冷却试样，记录温度—膨胀量变化曲线，测量相变点；再将试样制成金相试样，检测金相组织；最后绘制控冷CCT曲线。其优点是能够精确测量在实际控冷工艺下的相变开始温度，优化选择最佳相变开始温度，确保钢材轧后控冷第一阶段参数合理有效；精确测量不同冷速的相变温度，得到真实的相变组织和结构特征，进而能有效优化生产控冷工艺，有效改善产品质量。
文档编号G01N25/12GK101871899SQ20101020547
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者刘海英, 王克杰 申请人:天津钢铁集团有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
