浅析热处理工艺对高强建筑用钢组织和力学性能的影响

1 试验材料及方法
　　试验采用200kg 真空感应炉冶炼钢锭，其化学成分。将钢锭加热至1200℃，保温150min，采用二辊可逆式轧机将钢锭轧制成厚度为16mm的钢板。其金相组织，主要为铁素体+珠光体。采用机械切割方法将钢板分割成尺寸为500mm伊300mm伊20mm 的热处理试板。
　　采用箱式电阻炉，首先将炉子预热到700℃，将截取的热处理试板分成三组分别进行两相区淬火处理。加温度分别为760、780、800℃，保温时间为30min，随后将试样放入冷却水中进行淬火，将淬火后的试板全部进行高温回火处理，回火温度为500℃，回火保温时间为60min，最后将热处理试样空冷至室温。将淬火+回火热处理后的钢板根据GB/T228-2010、GB/T229-2007 规定加工成标准拉伸和冲击试样，采用WAW-1000A 型万能试验机测定抗拉强度、屈服强度、伸长率等指标曰采用JBW-500 型摆锤冲击试验机检测冲击韧性，试验温度为0、-20℃曰分别对淬火和回火后的热处理钢板取金相试样，磨平、抛光后用3%的硝酸酒精溶液腐蚀，腐蚀时间为10s曰分别采用OLYMPUSBX-51M 金相显微镜和QUANTA-400 扫描电镜对显微组织进行观察。
　　2 试验结果及分析
　　2.1 热处理对显微组织的影响
　　不同淬火温度的热处理试样显微组织SEM 图片，其中灰色的为铁素体，亮白色的为马氏体。由图可以看出，在760～800℃范围内进行两相区淬火时，钢板显微组织以多边形铁素体+岛状马氏体为主。当淬火温度为760℃时，马氏体呈细小、弥散分布于准多边形铁素体边界，此时铁素体晶界清晰，铁素体含量约占到62%左右，随淬火温度升高到780℃时，组织中马氏体含量增加，铁素体含量逐渐减少至58%左右。淬火温度到800℃时，马氏体含量进一步增加，铁素体含量减少，铁素体和马氏体均逐渐细化，各占到50%左右。
　　回火条件下，钢材组织以回火马氏体+铁素体为主，与淬火组织相比有较为明显的区别。主要表现为铁素体组织明显粗化且含量增加，马氏体含量趋于下降，马氏体板条特征消失，铁素体晶界有较多碳化物析出。试样淬火温度越高，相应的回火铁素体晶粒越细小，回火马氏体含量越高。
　　2.2 热处理对力学性能的影响
　　不同温度淬火后再经高温回火的钢试样的力学性能试验结果。由图可以看出，当淬火温度为760℃时，屈服强度Rp0.2 为498MPa，抗拉强度Rm为653 MPa，伸长率A50 为30%，-20℃冲击功为90J，0℃冲击功为116J曰当淬火温度提高到780℃时，屈服强度和抗拉强度小幅提高，分别达到515MPa和666MPa，伸长率提高较为明显，达到33%，冲击功也明显提高，-20、0℃冲击功分别达到115 J 和140J，随着淬火温度升高到800℃时，屈服强度进一步升高，而抗拉强度则略有下降，伸长率进一步提高，0℃冲击功明显提高，而-20℃冲击功则几乎不变。从分析可看出，800℃淬火+500℃回火后的热处理试样能获得较高的抗拉强度，以及最高的屈服强度和伸长率，冲击韧性也最佳，屈强比为0.79，满足建筑钢对于屈强比的要求，表明试验钢经800℃两相区淬火+500℃回火能获得优良的综合力学性能不同温度淬火+高温回火热处理试样-20℃冲击断口形貌的扫描分析结果。由图可以看出，当淬量的等轴琢相与基体茁相没有位向关系，所以体现出了更高的塑性。空冷试验的试样为院等轴组织，强度低、塑性高曰片状组织强度高、塑性低曰双态组织塑性最佳，强度也较高，综合力学性能最好。两种冷却方式对比，空冷材料试样的强度与塑性略高于水冷材料。
　　3.2 不同热处理方式对合金性能的影响
　　对TC11钛合金在950℃压缩后再进行热处理，经过固溶时效后，材料强度有了明显的提高，而塑性却有所降低曰经过双重退火的试样强度有所增大，但强度不如固溶时效处理的试样，而双重退火后材料塑性增强，略优于未经热处理的材料试样。1000℃压缩后进行热处理，材料强度明显增强，双重退火后材料塑性最佳，强度高于未经热处理试样，但低于固溶时效处理的试样。
　　4 结论
　　根据对TC11 钛合金试样的试验分析，在1000℃高温下压缩的组织呈双态组织形式。该组织体现出较好的强度与塑性，综合力学性能最佳。在不同温度压缩后再固溶时效处理的试样，与未经热处理、双重退火处理相比的试样强度显著提高，但塑性有所降低，而双重退火处理的试样具有较好的强度与较高的塑性，综合力学性能最好。

浅析热处理工艺对高强建筑用钢组织和力学性能的影响