热处理对DH36钢的微观组织演化与性能的影响

　　DH36钢是一种非常重要的水面舰艇结构钢，有研究表明铁素体晶粒细化和沉淀强化以及它们的组合工艺过程，是此钢强度增强的有效途径[1]。针对此钢在实际使用中可能遇到的海水温差、浅滩触礁的碰触以及爆炸导致的动态变形与破坏，因而对此钢在不同温度不同应变率等复杂环境的力学性能备受研究者关注[2]。

　　通过对不同温度不同应变率下此钢的系统塑性流动行为研究发现[3-5]在给定应变率以及某温度区，此钢的塑性流动应力在温度轴上呈现“钟型”现象，即塑性流动应力随温度升高会提高，即动态应变时效现象(也为兰脆现象)(DSA)。这种现象的出现，会严重影响钢的力学特性，例如钢出现动态应变时效现象后会显著影响其断裂韧性和疲劳性能，同时对工程使用的塑性流动本构模型建立带来困难，例如，Klepaczko[2]采用RK(Rusinek-Klepaczko)本构关系通过对DH36的热粘塑性行为进行系统模拟，发现RK本构关系仅适用高应变率下的塑性流动应力预测，对此孟卫华等[4]通过DH36钢塑性流动应力组合原理建立了包含动态应变时效的一个复杂统一本构方程。在本文中，为了揭示微观组织对DH36的塑性流动行为影响，在实验室条件下选用五种热处理工艺，通过改变微观组织结构，研究塑性流动应力以及出现的DSA现象与微观结构的关系，并通过计算材料表观激活能的方法探讨了DSA的微观机理。

　　1 实验材料和方法

　　试验原始材料为济钢生产的冷轧态CR(ColdRolling)DH36 结构钢，依据ASTME1019-2008，采用脉冲熔融红外法检测了钢中非金属元素C、O、N和H含量，用X- 射线能谱分析方法检测合金元素含量，结果如表1所示。通过Andrews 公式[6]计算合金元素的Fe-Fe3C平衡相图临界温度Ac1和Ac3，本文DH36 钢的Ac1和Ac3分别为728和861℃，临界温度133℃。

　　式中：ωX为元素X的质量百分数乘以100。

　　本文选取的热处理工艺流程如图1所示。

　　将CR以及不同工艺热处理后的试样，经研磨抛光，用4%(体积分数)的硝酸酒精溶液腐蚀，通过ZEISSSUPRA55扫描电镜(SEM)进行了微观组织分析，并用能谱分析仪(EDS)对微观组织区成分进行了检测。

　　所有力学试验在CSS1440电子万能试验机上进行，对CR以及不同工艺热处理后的试样进行了0.001s-1应变率下的压缩试验;为了检查微观组织对DSA现象的影响，重点对CR和T3状态试样在296～800K、应变率为0.001s-1下进行了准静态压缩试验。

　　2 试验结果

　　2.1 DH36钢的微观组织演化

　　CR以及不同工艺热处理后的试样微观组织如图2所示，微观组织的演化特点列于表2。由图2(a)知原始材料的CR试样组织为等轴铁素体α和层片状珠光体P，且珠光体含量比较多。而由图2(b)～(d)知，三种退火试样组织中P 的含量不断减少，并最终消失，α的含量则不断增多，晶界上出现游离的三次渗碳体(FreeCementite：FC)。这是由于三种退火工艺的退火温度在α+γ 两相区，加热过程中原CR试样组织中的P全部转变为奥氏体(γ)，而原CR试样组织中的α并未完全奥氏体化，在随后的冷却相变过程中，先发生γ→α相变，未溶解的α作为相变形核质点促进γ→α转变，故使退火试样组织中α的量增多，P的量则相对减少。尤其是采取循环退火工艺的T2和T3试样，组织中P消失，基体组织基本上全部为α，这是由于这两种循环退火工艺由800℃或750℃缓慢冷却到680℃过程中发生γ→α相变，如此循环两次，导致退火试样中α组织进一步增多。随着退火试样中α组织的增多，C不断在γ中富集，富碳的γ具有较高的稳定性，在炉冷过程中有两种转化途径：一种是在缓慢冷却过程中转变为层片间距较宽的珠光体组织，如图2(b)所示;第二种是冷却过程中没有发生γ→P转化，而是在接近室温时γ分解为α和碳化物的机械混合物，如图2(d)所示。图2(c)则介于两者之间。由此可知，富碳程度较低的γ转变途径为第一种，而富碳程度较高的γ转变途径为第二种。