低碳微合金化管线钢的组织性能控制.pdf

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1、东北大学博士学位论文 摘要 低碳微合金化管线钢的组织性能控制 摘要 近年来，以。西气东输”为代表的我国石油天然气工业迎来了一个崭新的发 展阶段，对石油用钢提出了高强度、高韧性和抗硫化氢性能的要求在我国，虽 然石油用钢的研制生产已经十几年，但产品的组织性能仍与国际先进水平存在者 较大的差距。在高性能管线钢的合金成分设计，轧制过程中奥氏体调节的控制， 轧后冷却过程的组织演变及化学成分对抗硫化氢性能的影响等方面，还有许多问 题尚未得到有效解决。因此，针对上述问题，对低碳微合金化管线钢的生产技术 特别是组织性能的控制技术展开深入细致的研究，对高性能管线钢的减量化工业 化生产具有重要理论意义和实用价值。

2、 本文结合“新一代钢铁材料的重大基础研究”课题和辽宁省科技攻关项且。抗 硫化氢管线钢的开发”，采用实验理论研究与工业化实践相结合的方法，对低碳微 合金化管线钢组织性能控制的关键问题进行系统研究，在本钢传统流程生产线上 实现了西气东输用x 7 0 针状铁素体管线钢批量工业化生产的预期成果。本文的主 要工作和研究成果如下： 。 ( 1 ) 针对本钢1 7 0 0 熟连轧机组轧制强度较低的设备特点，对低碳微合金化 钢奥氏体变形与再结晶过程进行了系统研究。确定了变形过程中动态再结晶、静 态再结晶及应变诱导析出等物理冶金过程的影响因素。实验结果表明，静态再结 晶是低碳微合金化钢奥氏体晶粒细化的主要机制。

3、应变诱导析出最短孕育时间对 应的温度为9 2 5 在此温度以下，静态再结晶受到明显地抑制。钼含量和奥氏 体化温度的提高，促进了应变诱导析出、提高了再结晶激活能抑制了再结晶过程。 多道次变形淬火组织观察表明，在未再结晶温度以上，通过多道次再结晶控制轧 制能够获得1 0 1 1m 左右细小的奥氏体晶粒。 一 ( 2 ) 采用组织观察和膨胀法对低碳微合金化钢过冷奥氏体分解过程中的组织 演变进行了研究，建立了完整的等温转变动力学曲线( T T T ) 和连续冷却转变动 力学曲线( C C T ) 。实验结果表明，在低碳微合金化钢多边形铁素体和贝氏体铁素 体转变温度之间存在着明显的非等轴铁素体转变，其组

4、织特征为无明显铁素体边 界，在非等轴铁素体内部存在无规则或有方向性排列的岛状组织，它是由在连续 冷却过程中由首先发生块状转变形成的准多边形铁素体和随后发生扩散与切变型 贝氏体转变形成的粒状铁素体、贝氏体铁素体组成的混合组织。交形显著趣提高 了相交开始温度，促进了等轴铁素体转变，提高了非等轴铁索体临界冷却速度。 东北大学博士学位论文摘要 变形对非等轴铁素体相变结束点影响较小，说明变形促进非等轴铁素体的形核， 但对长大过程影响不大。碳含量的降低，促进了块状铁素体转变，提高了相变开 始温度。钼含量的添加，推迟了多变形铁素体转变，增加了贝氏体铁索体转变区 与多边形铁素体转变区分离程度，促进了块状铁素体

5、转变。综合两者的作用，在 层流冷却能力较低的热连轧生产线上能够更容易地获得非等轴铁索体。 ( 3 ) 以不同商用低碳微合金化管线钢为研究对象，针对硫含量对抗硫化氢腐 蚀性能影响进行研究，确定工业化生产经济的硫含量。研究结果表明，S 含量大 于0 0 0 5 时，易形成长条状的M n S 夹杂将使材料的抗H I C 性能急剧恶化，无法满 足N A C E 标准对管线钢抗H I C 开裂性能的要求，并且随着腐蚀浸泡时间的延长，氢 致裂纹将发生长大、扩展和合并。在实验条件下，硫含量对抗S S C 开裂性能影响 不明显，而材料的位错密度是影响抗S S C 开裂性能的主要因素。因此，在工业化 生产中，可

6、将硫含量控制在0 0 0 5 以下，实现炼钢生产的减量化。 ( 4 ) 在前几部分工作的基础上，在本钢传统流程生产线上进行X 7 0 针状铁素 体管线钢纯净化冶炼工艺、控制轧制控制冷却工艺以及制管性能的研究，实现了 X 7 0 管线钢大规模减量化的工业生产。工业化实践表明：采用纯净化冶炼工艺能 够获得低的S 、P 、0 、N 含量和细小的少量夹杂物：针对热连轧加热、粗轧、精轧、 层流冷却和卷取五个阶段，在不同阶段优化工艺参数，获得了细小、均质的针状 铁素体( 非等轴铁索体) 组织；组织性能分析表明，工业化生产的针状铁素体高 性能管线钢具有优良的强韧性、焊接性能、抗H I C 性能和低的包辛格效

7、应。 关键词：低碳微合金化钢，再结晶， 含量，控制轧制控制冷却， 奥氏体，铁素体，等温转变，连续转变，硫 X 7 0 管线钢 r n 东北大学博士学位论文 A b s t r a c t C o n t r o lo fM i c r o s t r u c t u r ea n dP r o p e r t yo f L o w C a r b o nM i c r o a l l o y e dP i p e l i n eS t e e l s A b s t r a c t I nr e c e n ty e a r s ，t h ep e t r o l e u mg a si n

8、d u s t r yo fo n rc o u n t r yr e p r e s e n t e db y W e s t E a s tp i p e l i n ep r o j e c th a ss t e p p e di n t oan e wd e v e l o p i n gs t a g e ，a n dt h es t e e l sf o r p e t r o l e u mw e r er e q u e s t e dw i t hh i g h e rs t r e n g t h ，b e t t e rt o u g h n e s s ，a n dt

9、 h es u l f i d e h y d r o g e nc o r r o s i o nr e s i s t a n c e I no u rc o u n t r y , t h o u g ht h es t e e l sf o rp e t r o l e u ma r e p r o d u c e df o rm o r et h a nt e ny e a r s ，t h em i c r o s t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo f t h ep r o d u c t s h a sg r e a td i

10、s p a r i t yw i t ht h ea d v a n c e dl e v e li nt h ew o r l d T h e r ea r eal o to fp r o b l e m s h a v en o tb e e ns o l v e de f f e c t i v e l yy e t , s u c ha s ，d e s i g n i n gt h ea l l o yc o m p o s i t i o no ft h e h i g h - p e r f o r m a n c ep i p e l i n es t e e l ，c o n

11、 t r o l l i n g t h ea n s t e n i t e d u r i n gr o t t i n g ， m i c r o s t r u c t u r a le v o l u t i o nd u r i n gc o o l i n ga n dt h ei n f l u e n c eo fc h e m i c a lc o m p o s i t i o n o nh y d r o g e ns u l f i d ep e r f o r m a n c e T h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nm

12、 a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e , e s p e c i a l t yt h em i c r o s t r u c t u r a la n dp e r f o r m a n c ec o n t r o l l i n gt h e o r yh a sas i g n i f i c a n t i n f l u e n c eo nt h ea p p l i c a t i o no f r e d u c e ds t e e lr o l l i n gt e c h n o l o g yf o rp i p e

13、l i n es t e e l s T h ew o r k so ft h i sd i s s e r t a t i o nw e r ec a r r i e do u ti n t e g r a t i n gw i t ht h ep r o j e c to f T h eM a j o rB a s i cR e s e a r c hf o rN e wG e n e r a t i o nS t e e lM a t e r i a l sa n dL i a o n i n g p r o v i n c er e s e a r c hp r o j e c to

14、fT h eD e v e l o p m e n to fH y d r o g e nS u l f i d eR e s i s t a n c e P i p e l i n es t e e l M a n yk e yi s s u e s a b o u tt h e c o n t r o l l i n g s t r u c t u r e p r o p e r t y o f m i c r o a l l o y e dp i p e l i n es t e e lw e r es y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a

15、 t e d , a n dt h ep r o s p e c t i v e c o n s e q u e n c eo fp r o d u c i n ga c i c u l a rf e r r i t ep i p e l i n es t e e l ( x 7 0 ) w a sa c h i e v e d0 1 3 t h e p r o d u c t i o nl i n ei nB e n x iI r o n & S t e e lC o r p o r a t i o n T h em a i nw o r k si n v o l v e da s f c

16、l f l o w s ：； ( I ) T h ea n s t e n i t ed e f o r m a t i o na n dt h er e c r y s t a l l i z a t i o nw e r es y s t e m a t i c a l t y i n v e s t i g a t e da i ma tt h el o wr o l l i n gh a r d n e s so ft h e1 7 0 0 m mt a n d e mm i l l si nB e n x i I r o n & S t e e lC o r p o r a t i

17、o n 1 1 l ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c ed y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o n , s t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o na n ds t r a i ni n d u c e dp r e c i p i t a t i o ne ta 1 w e r ed e t e r m i n e d T h e r e s u l t ss h o wt h a tt h er e f i n i n go fa u s t e n i

18、 t ew a sm a i n l yc o n t r o l l e db ys t a t i c I V 东北大学博士学位论文 A b s t r a c t r e c r y s t a l l i z a t i o nf o rl o wc a r b o nm i c r o a l f e y e ds t e e l T h es h o r t e s ti n c u b a t i o nt m ef o r s t r a i ni n d u c e dp r e c i F i t a t i o nw a s9 2 5 S t a t i cr e c r

19、 y s t a l l i z a t i o nw a si n h i b i t e d o b v i o u s l yb e l o wt h i st e m p e r a t u r e ，T h es t r a i ni n d u c e dp r e c i p i t a t i o nw a sp r o m o t e da n d t h ea c t i v a t i o n e n e r g y f o r r e c r y s t a i l i z a t i o n i n c r e a s e dw i t h 也ei n c r e a

20、 s i n go f M e l y b d e n u mc o n t e n ta n da n t e n i t i z i n gt e m p e r a t u r e T h eg r a i ns i z eh a sb e e nr e f i n e dt o a b o u t1 0 t t mt h r o u g hm u l t i - p a s sd e f o r m a t i o na tt h et e m p e r a t u r ea b o v et h eT “ ( 2 ) I s o t h e r m a lt r a n s f o

21、 r m a t i o nC H I V e ( T T T ) a n dc o n t i n u o u s c o o l i n g t r a n s f o r m a t i o nc u r v e ( C C T ) w e r ee s t a b l i s h e db yw a yo ft h e r m a ld i l a t i o na n d m e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i s T h cr e s u l t ss h o wt h a tn o n - c q u i a x e df e n t o

22、t r a n s f o r m a t i o n e x i s t e db e t w e e nt h et e m p e r a t u r e so fp o l y g o n a lf c r r i t et r a n s f o r m a t i o na n db a n i t i c f e r r i t et r a n 8 f o r m a t i o n T h ef e r r i t eb o u n d a r yw a s h to b v i o u s ，a n dm a n yi s l a n d s t r u c t u r e

23、 sw e r ea r r a n g e dr a n d o m l yo rd i r e c t i o n a l l yi nt h en o n - e q u i a x e df e r r i t e ，w h i c h w o r et h em i x t u r eo fg r a n u l a rb a i n i t ea n db a i n i t i cf e r r t et h a tw e r ef o r m e da f t e r m a s s i v et r a n s f o r m a t i o na n dd i f f u

24、s i o n a ls h e a rt r a n s f o r m a t i o nd u r i n gt h ec o o l n g T h e p h a s es t a r tt e m p e r a t u r ew a si n c r e a s e db yd e f o r m a t i o n ，a n dt h ee q u i a x e df e r r i t e t r a n s f o r m a t i o nw a sp r o m o t e db yd e f o r m a t i o n ，a n dt h ec r i t i

25、c a lc o o l i n gr a t eo f n o n - e q u i a x e df o r r i t et r a n s f o r m a t i o ni n c r e a s e d F i n i s ht e m p e r a t u r eo fN o n - e q u i a x e d f e r r i t et r a n s f o r m a t i o nw a sh a r d l ye f f e c t e d b yt h ed e f o r m a t i o n ，n u c l e a t i o no f n o n

26、 - e q u i a x e df e r r i t ew a sp r o m o t e db yt h ed e f o r m a t i o n ，w h i l et h eg r o w t hw a sl i t t l e e f l e e t e d T h em a s s i v ef e r r i t et r a n s f o r m a t i o nw a sp r o m o t e d ，a n d p h a s e s t a r t t e m p e r a t u r ew a si n c r e a s e dw i t ht h

27、ed e c r e a s i n go fc a r b o nc o n t e n t T h ep o l y g o n a l f e r r i t et r a n s f o r m a t i o nw a sr e t a r d e d ，a n dt h em a s s i v ef e r r i t et r a u s f o r m a t i o nw a s p r o m o t e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fm o l y b d e n u mc o n t e n t N o n e q u i a

28、x e df e r r i t ec a nb e e a s i l yo b t a i n e do nt h eh o tr o l l i n gl i n ew i t hl o w e rc o o l i n gc a p a b i l i t y 一一 ( 3 ) T h ee f f e c to fs u l f u rc o n t e n to nh y d r o g e ns u l f i d ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ew o r e i n v e s t i g a t e df o rd i f f e

29、r e n tl o w - c a r b o nm i c r o a i l o yp i p e l i n es t e e l s ，a n da p p r o p r a t e i n d u s t r i a ls u l f u rc o n t e n tw a sg i v e n T h er e s u l t ss h o wt h a tf i b r o u sM _ a Sc o u l dg r e a t l y d e t e r i o r a t et h eH I Cr e s i s t a n c ew h e nt h es u l f

30、 u rc o n t e n tw a sm o r et h a nO 0 0 5 ，a n dt h e r e q u i r e m e n to fH I Cr e s i s t a n c ea c c o r d i n gt ot h eN A C Ew o u l d n tb es a t i s f i e d T h e h y d r o g e ni n d u c e dc r a c k i n gt e n d e dt oc o a r s e ，e x p a n da n dm e r g ew i 拙t h ei n c r e a s i n g

31、o f t i m e T h ed i s l o c a t i o nd e n s i t yw a st h em a i nf a c t o rw h i c he f f e c to nt h eS S Cr e s i s t a n c e ， V 东北大学博士学位论文一 A b s t r a c t w h i l et h es u l f u rc o n t e n td i 血tp l a ya ni m p o r t a n tr o l e T h e n 。t h er e d u c e dp r o d u c t i o no f t h es

32、t e e l m a k i n gc 缸b ei n d u s t r i a l i z e da c h i e v e dw h e nt h es u l f u rc o n t e n tw a s c o n t r o l l e db e l o w0 0 0 5 ( 4 ) T h ec l e a n l ys m e l t i n gp r o c e s s ，T M C P , a n dt h et u b ep e r f o r m a n c eo fa c i c u l a r f e r r i t ep i p e l i n es t e

33、e l ( X 7 0 ) w e r ei n v e s t i g a t e db a s e de l lt h ew o r k sa b o v e T h er e s u l t s s h o wt h a ts t e e lp a l l e tw i t hl o wc o n t e n to fS ，P 0 ，Na n dl i t t l ei n c l u s i o nc o u l db e o b r a i n e d F i n ea n dh o m o g e n e o u sa c i c u l a rf e r r i t ew a s

34、o b t a i n e dt h r o u g ho p t i m i z i n gt h e p r o c e s sp a r a m e t e r so f h o tc o n t i n u o u sr o l l i n g ，h e a t i n g ，r o u g hr o l l i n g ，f i n i s hr o l l i n ga n d c o o l i n g A n a l y z i n gt h em i c r o s t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c ei n d i c a t

35、e dt h a tg o o ds t r e n g t h ， t o u g h n e s s ，w e l d i n gp e r f o r m a n c e ，a n dH I C r e s i s t a n c ea n dl o wB a u s c h i n g e re f f e c tw e r e o b t a i n e di nt h ei n d u s t r i a lh i g h p e r f o r m a n c ep i p e l i n es t e e lw i t ha c i c u l a rf e r r i t e

36、 m i c r o s t r u c t u r e K e y w o r d s ：l o w c a r b o nm i c r o a l l o ys t e e l ，r e c r y s t a l l i z a t i o n , a n s t e n i t e , f e r r i t e ， i s o t h e r m a lt r a n s f o r m a t i o n ，c o n t i n u o u st r a n s f o r m a t i o n ，s u l f u rc o n t e n t ，T M C P , X 7

37、 0 p i p e l i n es t e e l 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： Z 矿口二 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文盼 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内

38、容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期； 东北大学博士学位论文 1 绪论 1 绪论 石油、天然气是重要的一次能源，是经济发展的血液。随着人类对环境保护 要求的不断提高，人类对清洁能源的渴望使得人们正在极地、冰川、荒漠、海洋 等偏远地区寻找和开发新的油气田。石油用钢将面临着更为严酷的高寒、腐蚀和 海洋等恶劣环境的挑战【1 4 1 。据统计，石油管( 油井管和油气输送管) 的投资约占 石油工业总投资的I 5 ，全球石油、天然气工业每年消耗钢材总量约为2 4 0 0 万吨， 我国约为3 5

39、 0 万吨。石油天然气工业需求的钢材中，5 0 是高附加值的深加工产 品，如石油专用管材的投资，一般约占油田建设总投资的6 0 7 0 E 4 - ”。石油用 钢在整个石油天然气工业中的地位，不仅表现为用量大、花钱多，更主要的是石 油用钢的质量、品种对石油工业的发展关系重大。石油管材质量低劣可导致巨大 的经济损失和灾难性后果。石油天然气工业的发展推动了石油用钢的技术进步， 例如管线钢，其发展动力之一就是油气管道工程建设对钢材提出了日益严格的要 求。近3 0 年来，石油用钢已成为低合金高强度钢和微合金钢领域最富活力、最具 研究成果的一个重要分支和钢铁工业技术要求最为严格的钢种。 我国石油用钢的研

40、制生产始于上世纪九十年代中期，在世界石油工业( A P I ) 标准基础上制订了我国石油用钢的标准。经过十年的发展，虽然我国已经掌握了 A P I 热轧板卷的生产控制技术，但仍不能满足油气管线大口径、厚壁化和高强度 的发展要求。特别是近年来随着输气压力的不断提高，对管线钢止裂性能的要求 也愈来愈高。除了要考虑钢的韧一脆转变温度以外，提高延性断裂的止裂性能显 得更为重要，因而要求高强度的大口径钢管必须具有更高的冲击韧性。提高钢管 的壁厚虽然可以使延性断裂止裂所需的冲击值降低，但它还受轧制变形量减小的 负面影响，因此进一步提高管线钢批量生产的断裂韧性将是我国油气管线钢发展 所面临的重要问题。同时我

41、国天然气中含硫量一般都比较低，在输气压力较低的 情况下，可以通过脱硫后作为甜气( P m s 准多边形铁素体：同多边形铁素体一样，也是先共析铁素体的相变产物， 是在较低温度下通过另一类相交方式一块状转变而得到，又称块状铁素体。准多 边形铁素体和多边形铁索体的生长都由热缴活过程所控制，两种铁素体晶粒生长 表均可越过奥氏体晶界，使原奥氏体晶界的轮廓被掩盖。但两者的转变温度不同， 导致不同的机制和组织形貌。准多边形铁素体是在较低的温度下块状转变而形成， 由于新、母相成分相同，不需要长程扩散，只要母相原子越过界面即可生长，且 母相与新相的界面在所有方向都是非共格的大角度晶界，所以转变速度快，最终 的晶

42、粒尺寸往往较大。并且由于原子的置换和迁移发生在界面上，导致不规则生 长和锯齿形界面，且超出了原奥氏体晶界，呈高度的不规则，边界粗糙，凹凸不 平，犹如一块无特征的碎片。而多边形铁素体接近平衡相，成分与母相奥氏体不 同，生长受控于置换原子的快速迁移及碳原子的长程扩散，与母相常有确定的位 向关系，一部分界面与母相保持共格或半共格，通常生长速度较慢，最终晶粒一 般呈规则的多边形。与多边形铁素体相比，准多边形铁素体具有较高的亚结构和 位错密度，有时还有M A 岛，进而具有较高的强度，优良的延性、低的屈强比和 高的应变硬化速率。 ( 3 ) 魏氏铁素体：是带有位错亚结构的拉长的、粗大的铁素体晶粒，在比多

43、边形铁素体更快的冷却速度、更低的温度区间形成。在低碳微合金化钢的控制轧 制控制冷却工艺生产的板材中，很少发现这种组织。 ( 4 ) 贝氏体铁素体：这是低碳钢( 含碳量小于O 1 5 ) 中种常见的贝氏体 组织形态，由相互平行且具有很高位错密度的铁素体板条束构成，根据其板条特 征，又称为板条铁素体一一个奥氏体晶粒可形成很多板条束，板条界为小角度晶 界，板条束界面为大角度晶界。板条间偶尔有条状分布的M A 岛。通常贝氏体铁 素体是在连续冷却的一定温度区间形成，当形成温度较高时板条不够发达，有些 板条形成后还会发生回复，出现板条界不连续的现象。贝氏体铁素体的鉴别主要 依靠T E M 。由于板条是相互

44、平行的，具有几乎相同的晶体学位向，会便低角度铁 索体晶界没有侵蚀区，使得板条铁素体束在光学显微镜下常呈无特征的铁素体晶 1 3 东北大学博士学位论文1 绪论 粒，且观察不到原奥氏体晶界。在适当的深侵蚀条件下，在光学显微镜下仍能观 察到依稀可见的板条轮廓，在S E M 下更为清晰。特别是当铁素体晶粒之间存在 奥氏体或M A 岛时，因拖曳的作用，板条或针状形态更为清晰可见。一些研究者 受“针状铁素体钢”术语的影响，也习惯称其为针状铁素体。实际上，贝氏体研 究中经常提及的B I 、无碳贝氏体等均属于贝氏体铁素体范畴。从性能上看，贝氏 体铁素体对强度和韧性是有益的。强化归结为因相交温度的降低引起的晶粒

45、细化 效应以及亚晶和位错的强化作用。而韧化的原因除了细化晶粒外，还由于消除了 大块珠光体，组织中硬质相M A 岛的尺寸更小、分布更为均匀。 ( 5 ) 粒状铁索体：是介于准多边形铁素体和贝氏体铁素体之间的温度范围内 形成的显微组织，为中温转变产物。只是形成温度稍高，组织形态稍有差异。由 拉长的铁素体晶粒束构成( 具有板条轮廓。说明在一定程度上也依靠切变机制) ， 位向基本一致但有少部分不一致，具有高位错密度，基体上分布着粒状或等轴状 的岛状结构。连续冷却条件下，它的形成同样有一温度区间。较高温度下，基体 中的亚结构不呈板条状，而是等轴亚晶，小岛趋于无序分布。较低温度下，基体 中的亚结构为板条状

46、，小岛分布于板条间，较为有序。 1 4 2 铁素体中的岛状组织 低碳微合金化钢在中温转交过程中，碳在残余奥氏体内逐渐富集。由于相变 温度高，相变驱动力小，相变不能迸行到底，少量奥氏体残留下来，以岛的形状 分布于板条问。同时，由于碳沿晶界扩散较快的原因，在大角度晶界上也常有小 岛存在。岛内成分主要是富集的碳，但碳含量富集尚不够达到析出碳化物的程度， 常为富碳奥氏体岛。在冷却过程中，富碳奥氏体可能发生转变，最终转变产物取 决于钢的成分、碳的富集程度以及冷却速度。对于低碳微合金化钢成分而言，富 碳奥氏体不可能保留至室温，大部分将转变为马氏体，残余的奥氏体和转变的马 氏体共存，即形成M ，A 岛。当碳

47、的富集程度不足或冷却速度不够高时，也可能转 变为退化珠光体，此时铁素体和渗碳体没有一定的位向关系，渗碳体片往往很不 完整，呈破碎状：有时也可能转变为上贝氏体。在光学显微镜下，M A 岛尺寸较 大，呈亮白色，颜色较基体稍黄或略带灰色，有微凸感觉：尺寸很小时呈黑点或 黑色线状，难以分辨细节。在S E M 下，呈均匀亮自色，有突起感。在T E M 下， 能可靠地确定细节若为退化珠光体的岛状物，一般尺寸较大，在光学显微镜下 呈黑色，黑度不均匀，内部形态难以辨认。在S E M 的较高分辨率下可鉴别内部 结构，可分辨出渗碳体片或点。在T E M 下更能清晰显示内部结构。 铁素体中的岛状结构与铁素体珠光体钢

48、中的珠光体不同，后者是高温共析转 1 4 东北大学博士学位论文1 绪论 粒，且观察不到原奥氏体晶界。在适当的深侵蚀条件下，在光学显微镜下仍能观 察到依稀可见的板条轮廓，在S E M 下更为清晰。特别是当铁素体晶粒之间存在 奥氏体或M A 岛时，因拖曳的作用，板条或针状形态更为清晰可见。一些研究者 受“针状铁素体钢”术语的影响，也习惯称其为针状铁素体。实际上，贝氏体研 究中经常提及的B I 、无碳贝氏体等均属于贝氏体铁素体范畴。从性能上看，贝氏 体铁素体对强度和韧性是有益的。强化归结为因相交温度的降低引起的晶粒细化 效应以及亚晶和位错的强化作用。而韧化的原因除了细化晶粒外，还由于消除了 大块珠光

49、体，组织中硬质相M A 岛的尺寸更小、分布更为均匀。 ( 5 ) 粒状铁索体：是介于准多边形铁素体和贝氏体铁素体之间的温度范围内 形成的显微组织，为中温转变产物。只是形成温度稍高，组织形态稍有差异。由 拉长的铁素体晶粒束构成( 具有板条轮廓。说明在一定程度上也依靠切变机制) ， 位向基本一致但有少部分不一致，具有高位错密度，基体上分布着粒状或等轴状 的岛状结构。连续冷却条件下，它的形成同样有一温度区间。较高温度下，基体 中的亚结构不呈板条状，而是等轴亚晶，小岛趋于无序分布。较低温度下，基体 中的亚结构为板条状，小岛分布于板条间，较为有序。 1 4 2 铁素体中的岛状组织 低碳微合金化钢在中温转交过程中，碳在残余奥氏体内逐渐富集。由于相变 温度高，相变驱动力小，相变不能迸行到底，少量奥氏体残留下来，以岛的形状 分布于板条问。同时，由于碳沿晶界扩散较快的原因，在大角度晶界上也常有小 岛存在。岛内成分主要是富集的碳，但碳含量富集尚不够达到析出碳化物的程度， 常为富碳奥氏体岛。在冷却过程中，富碳奥氏体可能发生转变，最终转变产物取 决于钢的成分、碳的富集程度以及冷却速度。对于低碳微合金化钢成