黎志英 李長榮 曾澤蕓 陳龍海 李正嵩 劉占林

摘 要：為了分析冷卻速度對Nb-V微合金化高強度抗震鋼筋微觀組織演變規(guī)律的影響，利用熱模擬試驗機、金相顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡和維氏硬度計進行相變規(guī)律研究、顯微組織形貌觀察和維氏硬度測試，利用熱膨脹法和金相法測定了實驗鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（continuous cooling transformation，CCT）曲線。結果表明：當冷卻速度為0.3～0.5 ℃/s時，獲得的相變組織為鐵素體和珠光體;當冷卻速度為1～3 ℃/s時，獲得的相變組織為鐵素體、珠光體和貝氏體;當冷卻速度為5～10 ℃/s時，獲得的相變組織為鐵素體和貝氏體;當冷卻速度為15 ℃/s時，獲得的相變組織為鐵素體、貝氏體和馬氏體;當冷卻速度為20 ℃/s時，獲得的相變組織為馬氏體;當冷卻速度小于5 ℃/s時，實驗鋼室溫組織的顯微硬度隨著冷卻速度的增加而增大，硬度曲線的斜率變化相對迅速;當冷卻速度為5～20 ℃/s時，實驗鋼獲得相變組織的顯微硬度隨冷卻速度的提升緩慢增加;當冷卻速度達到20 ℃/s時，實驗鋼獲得相變組織的顯微硬度最大。

關鍵詞：熱模擬試驗機;Nb-V復合微合金化;相變規(guī)律;維氏硬度;CCT曲線

中圖分類號：TG142.1

文獻標識碼： A

文章編號?1000-5269（2020）05-0061-06???DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2020.05.10

高強度抗震鋼筋在我國建筑、橋梁等行業(yè)中廣泛應用 [1-2]，強屈比、屈屈比、最大總拉伸率3個強度指標已納入抗震鋼筋的抗震性能要求[3-5]。近年來由于地震的頻發(fā)，造成建筑物倒塌而帶來巨大災難。2018年11月1日，新標準GB/T 1499.2—2018的實施，進一步提高了鋼筋混凝土用鋼的質(zhì)量要求[6]。

為了滿足超高強度和良好韌性的要求，在鋼中添加少量的晶粒細化元素，如鈮、釩和鈦[7-10]。微合金元素Nb、V可與C或N結合形成分散的釘扎顆粒，以抑制晶粒生長并提供對奧氏體晶粒粗化的抵抗力[11-12]。國內(nèi)外學者開展了冷卻速度對微合金鋼組織轉(zhuǎn)變規(guī)律的影響的相關研究：測定CCT曲線的主要方法有[13-17]熱分析法、熱膨脹法、金相法等;甘曉龍等[18]對Ti-V復合微合金化高強鋼CCT曲線進行了測定與分析，研究結果表明，隨著冷卻速度的增大，試驗鋼的顯微硬度逐漸增大;AKHLAGHI等[19]研究了在Nb-V-Ti微合金鋼連續(xù)冷卻過程中形成的析出物。

為解決Nb-V微合金化鋼筋生產(chǎn)過程中的組織性能控制問題，本文以某鋼廠熔煉的Nb-V微合金化500 MPa級高強度抗震鋼筋為研究對象，分析不同冷卻速度對Nb-V微合金化500 MPa級高強度抗震鋼筋相變規(guī)律的影響，測定相變產(chǎn)物的顯微硬度。研究成果可為500 MPa級高強度抗震鋼筋在控冷制度方面提供理論參考。

1?實驗原料及方法

實驗鋼原材料來自于貴州省某鋼廠，實驗鋼主要的化學成分如表1 所示。實驗鋼用鋼錠的截面尺寸為160 mm×160 mm，長度為12.05 m，加熱軋制加工后尺寸為Φ12 mm×9 m，空冷至室溫，從心部截取Φ8 mm×12 mm的試樣，并在熱膨脹儀THERMECMASTOR-Z型上進行膨脹曲線的測定。

不同冷卻速度下的膨脹曲線采用切線法獲得相變點，如圖1所示。在熱膨脹儀上進行的熱工藝路線：先將試樣以5 ℃/s加熱至1 100 ℃，保溫5 min，然后分別以0.3、0.5、1、1.5、2、2.5、3、5、10、15、20 ℃/s的冷卻速度冷卻至室溫。將不同冷卻速度下的熱膨脹曲線數(shù)據(jù)借助origin軟件進行處理，找出相變開始點溫度和結束點溫度，取樣、打磨、拋光、腐蝕（4%的硝酸酒精溶液）后，利用OLYMPUS金相顯微鏡和SUPRA40掃描電鏡進行顯微組織分析和形貌觀察，利用HVS—1000型全自動顯微硬度計測樣品的顯微硬度，結合實驗數(shù)據(jù)和相變產(chǎn)物，使用origin軟件繪制出實驗鋼的靜態(tài)CCT曲線。

2?實驗結果及分析

2.1?實驗鋼微觀組織和顯微硬度的分析

不同冷卻速度下實驗鋼的金相顯微組織如圖2所示。

從圖2可知：當冷卻速度為0.3～0.5 ℃/s時，實驗鋼獲得的微觀組織為珠光體和鐵素體。根據(jù)非均勻形核經(jīng)典理論，隨著冷卻速度的提高，過冷度增加，形核功降低，新鐵素體晶粒就會在原來鐵素體基體上形核和長大，延緩過冷奧氏體中鐵素體轉(zhuǎn)變，最終細化鐵素體晶粒。當冷卻速度為1 ℃/s時，開始出現(xiàn)貝氏體，實驗鋼獲得的微觀組織為珠光體、鐵素體和少量貝氏體;當冷卻速度為2～3 ℃/s時，珠光體片層緩慢消失，實驗鋼獲得的微觀組織為大量貝氏體+鐵素體+珠光體;當冷卻速度為5～10 ℃/s時，實驗鋼獲得的微觀組織為鐵素體+貝氏體;當冷卻速度為15 ℃/s時，實驗鋼獲得的微觀組織為馬氏體。由相變的經(jīng)典理論可知，鐵素體相變屬于擴散型相變，冷卻速度的提升使奧氏體中的原子擴散受到抑制，相變產(chǎn)生的孕育期增加，有利于實驗鋼微觀組織的轉(zhuǎn)變。

不同冷卻速度下實驗鋼的SEM形貌如圖3所示。實驗鋼轉(zhuǎn)變后組織結果見表2。從圖3可以看出：當冷卻速度為0.3～15 ℃/s時，鐵素體主要為多邊形組織，其所占比例逐漸減少，貝氏體逐漸增多，冷卻速度為15 ℃/s時，開始出現(xiàn)馬氏體;當冷卻速度為0.3～3 ℃/s時，珠光體主要為片層組織。

隨著冷卻速度的增加，鐵素體所占的比例降低，主要有以下兩個方面：一是新舊兩相的自由能差增加，晶界形核功降低，鐵素體在過冷奧氏體基體上的形核率逐漸降低;二是由于冷卻速度的降低，新舊兩相之間的原子擴散能力減弱，鐵素體在過冷奧氏體基體上的形核受擴散控制，在γ→α轉(zhuǎn)變過程中，鐵素體所占比例逐漸降低。

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（責任編輯：周曉南）