吴荷娟

摘 要：在热模拟单向压缩条件下，分析了形变温度对Q235碳素钢应变诱导相变过程组织变化的影响。结果表明，在大应变下，Q235碳素钢不存在单纯的形变奥氏体状态，其组织变化规律为奥氏体动态结晶、奥氏体动态结晶和铁素体诱导析出、铁素体析出、铁素体动态结晶。碳素钢热加工过程的实质是动态复合转变。

关键词：形变温度；Q235碳素钢；应变诱导相变；奥氏体动态结晶

中图分类号：TG142.31 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.121

碳素钢奥氏体再结晶的温度很低，通过形变能有效地提高铁素体形成的温度。这样就会形成一个温度范围，在这个温度范围内，碳素钢奥氏体再结晶会与铁素体的诱导析出同时出现，并且两者会相互作用，释放应变能。因此，掌握奥氏体再结晶与铁素体诱导析出的相互作用有十分重要的理论意义。下面简要分析形变温度对Q235碳素钢应变诱导相变过程组织变化的影响。

1 实验方法

在此次实验中，使用的实验材料为工业Q235碳素钢，其主要成分是0.16%的C、0.019%的O、0.023%的S、0.004 5%的N、0.019%的P。采用Gleeble1500热模拟机进行单向压缩实验，当工业Q235碳素钢发生形变后，淬火固定高温组织。淬火后，经过观察发现，出现了一些针状的铁素体，而造成这种现象的主要原因是冷速不足。这种现象经常出现在铁素体量比较低的情况下，在高温形变下不需要考虑这种现象。在工业Q235碳素钢加热的过程中，采用热膨胀法测得，当其以5 ℃/s的速度加热时，冷却点分别为780 ℃和870 ℃。最后通过苦味酸浸蚀显示奥氏体晶粒的轮廓，采用硝酸酒精浸蚀显示铁素体的形态，并采用高倍扫面电镜观测铁素体的形态。

2 实验结果与分析

2.1 不同组织下的形变组织

当形变温度超过900 ℃时，直接将试样加热到形变温度；当形变温度低于900 ℃时，将试样加热到900 ℃，然后保温240 s。保温结束后，采用不同的冷速将试样冷却到变形温度，如果形变温度越低，其冷却速度越快。遇到高温形变时，组织变化大多是奥氏体动态再结晶，利用苦味酸浸蚀后，可以清楚地看到等轴状奥氏体。同时，在奥氏体再结晶过程中，可以看到有少量的铁素体析出，并且在960 ℃、980 ℃形变淬火试样中，有少量的铁素体析出，这可能是在淬火过程中形成的。从实验中可以看出，在940 ℃下，铁素体存在形变。这说明，在应力作用下，奥氏体转变为铁素体的温度为940 ℃。在900 ℃下加热，以15 ℃/s的速度将样品冷却到760 ℃，如果没有出现形变，则过冷度大约为65 ℃。在770 ℃下，形变的铁素体过冷度大约为170 ℃。由此可见，应变比单纯的快冷作用大。在高温形变下，奥氏体动态再结晶会减少奥氏体应变能。因此，在此过程中，找到的铁素体刚析出温度要比低温形成的过冷度低。

随着形变温度的降低，铁素体转变量逐渐加大。在800 ℃未转变区域，奥氏体为等轴状。这说明，奥氏体还在动态结晶，并且铁素体分布比较均匀，没有形变特征。奥氏体动态再结晶具有双重作用：①能使铁素体分布均匀，避免留下形变痕迹；②能降低铁素体转变量和形态变异。在高温作用下，奥氏体再结晶主要发挥了第一重作用；在低温作用下，奥氏体再结晶主要发挥第二重作用。在大应变下，铁素体会出现在很低的温度下，并且不存在单纯的形变奥氏体状态，这是碳素钢与合金化钢的主要区别。

2.2 不同形变量下的组织

通过对比800 ℃和900 ℃下的不同应变量形变淬火组织可以看出，在900 ℃下，能观测到少量的等轴铁素体，但是，铁素体的尺寸比较大。出现这种情况的主要原因是900 ℃奥氏体仍然存在动态再结晶，并且奥氏体动态再结晶改变了铁素体的尺寸、分布方式和形貌。在铁素体完全转变前，在奥氏体内部接近铁素体的位置存在一些等轴区域。在奥氏体动态再结晶作用下，这些区域的含碳高度比平均高度高，可能存在不均匀应变区。

在800 ℃下，铁素体的转变速度要比900 ℃铁素体转变温度快。这说明，应变诱导产生的铁素体作用释放的应变能比奥氏体动态再结晶释放的应变能大。在800 ℃下，应变诱导相变过程的铁素体尺寸、形状不会受到奥氏体的影响，并且铁素体应变量的增加还会加快奥氏体动态再结晶。在其转变过程中，铁素体的形态始终保持等轴状。由此可见，由于奥氏体动态再结晶和铁素体析出的能力不同，所以，存在不同的组织演变规律。

2.3 形变后不同保温时间下组织变化情况

在工业生产过程中，由于碳素钢的轧制需要很多环节，并且由高温到低温逐渐完成，所以，需要分析各个环节的组织变化情况。通过分析800 ℃、900 ℃下铁素体转变量和组织变化情况可知，随着时间的延长，铁素体的相对量在逐渐减少。这说明，铁素体逐渐转变成奥氏体，并且在形变开始后就发生了转变。而出现逆转变的主要原因是形变诱导出了大量的铁素体，并且铁素体处于亚稳定状态，当奥氏体释放出应变能后，铁素体会转变为奥氏体，但是，铁素体不可能100%的转变为奥氏体。在低温形变下，平衡状态主要为奥氏体和铁素体的两相组织，在等温120 s后，可以达到预料中的组织。而随着时间的推移，铁素体的相对量会逐渐减少，并且不会对组织造成太大的影响。同时，在实验过程中，并没有观测到在应变保温过程中出现铁素体先增加后减少的情况。

3 总结

从实验中可以看出，在大应变下，碳素钢很难找到单一的形变奥氏体组织，而是以奥氏体和铁素体两相组织的形式存在，并且碳素钢形变的本质是动态复合转变过程，与合金化钢有一定的区别。随着形变温度的降低，碳素钢组织变化的主要规律是奥氏体动态结晶、奥氏体动态结晶与铁素体同时析出、铁素体析出、铁素体动态结晶。在高温形变保温后，铁素体会逆向转为奥氏体，并且转化速度很快。

参考文献

[1]杨平，傅云义，崔凤娥，等.形变温度对Q235碳素钢应变诱导相变的影响[J].金属学报，2001，37（06）：601-607.

[2]赵河山.低碳钢中形变诱导铁素体相变过程中的应力—应变曲线研究[J].宝钢技术，2012（01）：141-142.

〔编辑：白洁〕