低碳貝氏體鋼HQ785熱處理工藝試驗方法及相關分析

低碳貝氏體鋼碳含量較低，具有高強度、高塑性和韌性的特點，且焊接性能優良。因其優越的力學性能及焊接性能，且制造成本低廉，已被廣泛使用在國民經濟各重要工業領域，但由于這類鋼的發展時間較晚，鋼種的強韌化及組織控制等問題并未很好的解決，對這類鋼的發展與使用造成一定的困難。

為了對此種材料的使用提供有力的試驗數據支撐，本文選用試驗材料屈服強度為785MPa的低碳貝氏體鋼進行研究，通過調整熱處理回火溫度，研究不同回火溫度對材料力學性能的影響。

1.試驗材料及方法

試驗材料選用鍛造成型的屈服強度為785MPa的低碳貝氏體鋼，其化學成分見表1，鍛件供貨狀態鋼的力學性能見表2。本試驗擬對試驗用鋼進行正火、淬火、回火處理，通過調整回火溫度，對試驗用鋼在以下溫度進行回火處理：570℃，600℃，630℃，660℃，將熱處理完成的試驗用鋼加工成試樣，對試樣進行力學性能檢驗及金相組織檢驗，研究不同回火溫度對試驗用鋼組織與性能的影響規律。

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2.試驗結果與分析

（1）回火溫度對力學性能的影響

試驗用鋼經過不同的回火處理后，其性能出現了較大差異，不同回火溫度下試驗用鋼的強度變化及伸長率的變化見圖1，對沖擊性能的影響見圖2。

圖1  回火溫度對塑性的影響

圖2  回火溫度對韌性的影響

由圖1可以看出，回火溫度在570～630℃時，屈服強度及抗拉強度在995～716MPa和1077～804MPa之間，從圖1中可以明顯看出，溫度升高到660℃時，屈服強度及抗拉強度都隨之降低很多，隨著回火溫度的不斷升高，試驗用鋼的屈服強度和抗拉強度逐漸降低，伸長率受回火溫度影響效果不是很明顯，但是從圖像中能看出，伸長率隨回火溫度的升高逐漸增大。由圖2可以看出，沖擊韌度隨著回火溫度的升高呈現上升的趨勢。

對試驗用鋼進行硬度檢驗，硬度值隨回火溫度變化見表3，硬度值隨著回火溫度的升高逐漸降低。

表3 回火溫度對硬度的影響

（2）回火溫度對顯微組織的影響

為了進一步研究回火溫度對785MPa級低碳貝氏體鋼微觀組織的影響，采用光學電鏡研究了不同回火溫度對785MPa 級低碳貝氏體鋼組織性能的影響。分別對對570℃、600℃、630℃、660℃等回火溫度下的試樣進行金相顯微組織分析，顯微組織如圖3所示。

從圖3a中可看出，回火溫度為570℃時，回火組織為貝氏體和鐵素體，晶粒較細，且晶界清晰可見，晶界將組織分割成不同區域，同一區域內的板條束排列方向一致，呈細長的板條狀，隨著回火溫度的升高，如圖3b、3c可見，板條體束逐漸變寬，晶界逐漸變得不明顯，原排列方向一致的板條體逐漸向各個方向生長，當溫度升高到630℃時，如圖3d所示，由于再結晶的作用的影響，組織中多邊形鐵素體逐漸增多，降低材料力學性能。

試驗用鋼在回火后力學性能變化趨勢比較一致，主要是由于回火過程中貝氏體位錯亞結構的回復軟化與碳的脫落綜合作用。試驗用鋼屈服強度隨回火溫度的升高逐漸降低，由570℃回火時的995MPa下降到630℃時的716MPa，下降了279MPa，主要是由于回火后貝氏體鐵素體中多邊形鐵素體逐漸增多，受再結晶作用影響，細小均勻的等軸晶粒逐漸長大，是晶粒粗化，使試樣用鋼的力學性能繼續降低。

（a）570℃回火組織顯微組織

（b）600℃回火顯微組織

（c）630℃回火顯微組織 

（d）660℃回火顯微組織

圖3  100倍光學電鏡下的顯微組織

3.結語

對低碳貝氏體鋼HQ785進行正火，調質處理，通過調整回火溫度，試樣用鋼的屈服強度及抗拉強度受回火溫度影響很大，回火溫度越高，屈服強度及抗拉強度越低，伸長率、沖擊功受溫度影響不大，隨著回火溫度升高，伸長率及沖擊功增大。

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作者：陳麗娟、陳煒、鄒鵬、王思倩，沈陽鼓風機集團股份有限公司；

           趙永生，上海眾深科技股份有限公司；

           陳廣慧，沈陽航天新光集團有限公司數字