對(duì)0.4%C-2%Si-1%Cr-1%Mo鋼，在773K溫度下的多道次孔型軋制中總斷面縮減率為78%的條件下（溫軋狀態(tài)），通過回火馬氏體變形獲得了具有強(qiáng)烈的<110>//軋制方向纖維織構(gòu)的超細(xì)延伸晶粒（UFEG）組織結(jié)構(gòu)。溫軋狀態(tài)的鋼在843K退火時(shí)，在較低溫度下的層離韌化，在1.8GPa時(shí)的抗拉強(qiáng)度沒有明顯下降。結(jié)果表明，超細(xì)延伸晶粒UFEG結(jié)構(gòu)中納米級(jí)富Mo析出相的析出相控制了層離韌化。

在中碳低合金鋼中，采用溫軋多道次孔型軋制（溫軋），通過回火馬氏體組織孔型軋制變形，獲得了具有很強(qiáng)的<110>//軋制方向（RD）纖維織構(gòu)的超細(xì)延伸晶粒（UFEG）組織，UFEG結(jié)構(gòu)的溫軋鋼（TF）具有優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性性能。

UFEG結(jié)構(gòu)鋼的韌化是由于出現(xiàn)了阻裂型層離，裂紋轉(zhuǎn)向缺口試樣的縱向方向（//RD）偏轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象稱為層離韌化。

確定了控制層離韌化的微觀組織因素為橫向晶粒尺寸、晶粒形狀、//RD纖維織構(gòu)、碳化物粒子在UFEG組織結(jié)構(gòu)中的分布，在（0.2~0.6）%C-2%Si-1%Cr-1%Mo鋼中，隨著滲碳體體積分?jǐn)?shù)的降低，在較低溫度下，層離韌化效果增強(qiáng)。納米級(jí)富鉬析出物是否影響層離韌化尚不清楚。

當(dāng)前的調(diào)研是0.4%C-2%Si-1%Cr-1%Mo鋼在773K溫軋下退火對(duì)UFEG組織結(jié)構(gòu)、拉伸性能和夏比V形缺口沖擊性能的影響。探討了TF鋼的層離韌化與納米富Mo析出相的關(guān)系。

本研究中使用的0.4%C-2%Si-1%Cr-1%Mo鋼的化學(xué)成分為0.43%C，1.97%Si，0.20%Mn，1.02%Cr，0.96%Mo，0.002%P，0.001%S，0.021%Al，0.0015%N。淬火后的棒材在773K溫度下回火3600秒，然后用多道次孔型溫軋，斷面縮減率為78%，然后風(fēng)冷。溫軋TF試樣在843-973K溫度下退火3600秒，然后水冷（TFA試樣）。

在步長為50nm下進(jìn)行FE-SEM/EBSP分析。通過測量試樣（Im）與標(biāo)準(zhǔn)試樣（Is）的（110）XRD峰的綜合強(qiáng)度比來評(píng)價(jià)//RD纖維織構(gòu)的發(fā)展。用x射線能譜儀（EDS）和透射電鏡（TEM）觀察了碳的復(fù)型法中萃取碳化物顆粒。拉伸試驗(yàn)以0.85mm/min的十字頭速度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直徑為φ6mm、標(biāo)準(zhǔn)長度為30mm的JISZ2201-14A試樣進(jìn)行。對(duì)全尺寸2mmV形缺口試樣進(jìn)行了夏比沖擊試驗(yàn)。

圖1為843K溫度下退火TFA試樣的UFEG結(jié)構(gòu)。橫向大角度邊界的平均線性截距（ILHAB_T）為0.28μm。球化后的碳化物顆粒呈雙峰分布，類似于在TF試樣中觀察到的那樣。沿晶的碳化物大于晶內(nèi)的碳化物，球化后的碳化物顆粒大部分為滲碳體，Cr、Mn、Mo等替代元素被溶解。透射電鏡觀察進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，晶粒內(nèi)部彌散著<10nm的納米級(jí)富Mo元素的析出相。在923K的退火過程中，除滲碳體顆粒粗化外，還形成了針狀的Mo₂C和Fe₃Mo₃C粒子。圖2概述了UFEG組織結(jié)構(gòu)的微觀組織因素作為回火溫度的函數(shù)，隨著碳化物粒子的生長，基體晶粒尺寸增大，而反映幾何必須位錯(cuò)GND的KAM平均值減小。綜合（110）XRD峰強(qiáng)度比（Im/Is）表明，<110>//RD纖維的織構(gòu)沒有變化。結(jié)果表明，843K退火對(duì)UFEG組織中的晶粒尺寸、晶粒形狀、<110>//RD纖維織構(gòu)和GND密度影響不大。

圖1：843K溫軋形變（TF）（TFA）退火試樣的顯微組織：（a）沖擊試樣打擊方向（SD）的IPF圖、（（b）、（c））萃取復(fù)型法TEM亮場映像，（d）EDS光譜納米富Mo析出相。黑色線條代表在（a）中高角度邊界（HABs）錯(cuò)位角15°以上。在（c）中的箭頭指示的納米級(jí)富Mo析出相

圖2：在UFEG結(jié)構(gòu)中HABs沿橫向（ILHAB_T）和縱向（ILHAB_L）方向的平均線性截距（ILAV）、第一近鄰階（KAMAV）的平均KAM值和XRD（110）平面的積分強(qiáng)度比（Im/Is（110））隨退火溫度的變化

圖3為室溫下的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線。除843K退火后的TFA試樣外，TF和TFA試樣均表現(xiàn)出不連續(xù)屈服行為，而在923K和973K下退火的TFA試樣比TF試樣表現(xiàn)出陡峭的屈服點(diǎn)。在843K溫度下退火的TFA試樣呈現(xiàn)連續(xù)屈服的趨勢(shì)。

在溫軋（0.2~0.6）%C-2%Si-1%Cr-1%Mo鋼中，隨著含碳量的增加，屈服點(diǎn)下降，當(dāng)含碳量為0.6%時(shí)，屈服率下降不明顯，這說明碳化物粒子的分布影響了TF鋼的屈服行為。由于在843K退火條件下，TFA試樣與TF試樣的UFEG組織中球化碳化物的顆粒分布和微觀結(jié)構(gòu)因素基本一致，表明其屈服行為受納米級(jí)富Mo析出物的影響。

必須強(qiáng)調(diào)的是，在843K退火后，抗拉強(qiáng)度幾乎沒有下降，而屈服強(qiáng)度（YS）略有下降。圖4顯示了拉伸性能隨測試溫度和退火溫度的變化規(guī)律。在TF和TFA樣品中，屈服強(qiáng)度YS隨測試溫度從室溫降低到123K呈線性增加，低于該溫度則有突然增加的趨勢(shì)。另一方面，隨著測試溫度的降低，斷面縮減率（RA）也有所減少。但RA的溫度依賴性受到退火的影響。

雖然973K退火的TFA樣品在室溫下的RA平均值最高，但在77K時(shí)下降到5%。在843K退火的TF和TFA試樣中，斷面縮減率RA在123K以下有突然下降的趨勢(shì)。但在843K退火后，RA的下降被抑制，TF樣本在77K時(shí)的平均RA為26%，而TFA樣本為37%。隨著縮頸伸長的降低，總延伸長度也隨之降低。

圖4：屈服強(qiáng)度（YS），總延伸率（TEL）和斷面收縮率（RA）為實(shí)驗(yàn)溫度的函數(shù)關(guān)系

圖5顯示了吸收的能量（vE）隨測試溫度和退火溫度的變化。在這里：

（1）○表示的試樣數(shù)據(jù)出幾乎是完整的較高溫度下的韌性斷裂；

（2）◇表示了試樣一個(gè)阻礙類型的分層裂紋，裂紋分叉角度相對(duì)于RD（β）是小于15°；

（3）△表示的試樣數(shù)據(jù)是β15°或超過15°。在573K溫度下，所有試樣均以延性方式失效，vE值（即上平臺(tái)能量值，vEUS）幾乎相同。

在973K退火的TFA試樣中，幾乎沒有發(fā)生阻裂型層離，在253~77K溫度范圍內(nèi)，vE顯著降低。而在843K退火的TF和TAF試樣則表現(xiàn)出明顯的層離韌化，vE隨測試溫度的降低而升高。一些沖擊試樣被折斷成兩截，標(biāo)注為+。（譯注：圖5中說的相反，標(biāo)注+的表示試樣沒有被打斷為兩截，好像應(yīng)該是圖5說明的是正確的）然而，應(yīng)該注意的是，在843K退火過程中，發(fā)生的層離韌化明顯向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移。層離完成溫度（TDF），低于此溫度vE下降到vEUS或更低的水平，TF試樣的層離結(jié)束溫度（TDF）約為233K，而TFA試樣在843K退火時(shí)的層離結(jié)束溫度（TDF）為173K。

圖5：TF和TFA試樣的夏比V形缺口吸收能（vE）隨測試溫度和退火溫度的變化規(guī)律。試樣在773K（QT）下淬火和回火的數(shù)據(jù)也顯示為參考。β為層離裂紋與RD之間的夾角，數(shù)據(jù)點(diǎn)+表示沖擊試驗(yàn)中未裂成兩半的試樣

在強(qiáng)烈的<110>//RD纖維織構(gòu)的UFEG組織中，平行于沖擊試樣的縱向（//RD）方向出現(xiàn)了含有碳化物顆粒的弱{100}解理面和晶界。因此，止裂類層離可以通過這些弱邊界、平面和張應(yīng)力（σt//SD）之間的交互感應(yīng)誘發(fā)，沿著SD生成局部塑性約束的切口和/或裂紋尖端。屈服強(qiáng)度YS的σt的數(shù)值和YS的減少可以降低TDF。由于與RD呈45°傾斜的45°面上也存在許多{100}解理面，因此有必要抑制沿45°方向的橫向脆性開裂，以增強(qiáng)較低溫度下的層離韌化。降低晶粒的橫向尺寸就能夠有效地抑制橫向裂紋的發(fā)生。對(duì)于973K退火的TFA試樣，在較低溫度下，橫向脆性開裂比沿RD方向的分層開裂更為明顯，從而導(dǎo)致vE的降低。這被認(rèn)為是由于較大且更等軸晶粒組織（ILHAB_T=0.69μm）造成的。此外，阻裂型層離的特征是由層離裂紋（//RD）和延性臺(tái)階（//SD）組成的階梯擴(kuò)展。裂紋的再萌生發(fā)生在近單軸拉伸條件下，vE值升高。在這種情況下，RD平面中較高的韌性和延性被認(rèn)為是增強(qiáng)層離韌化的有效方法。在843K退火后，TF試樣的YS略有下降，在較低溫度下拉伸塑性有所提高（圖4），這被認(rèn)為是導(dǎo)致TDF顯著下降的原因。

已有報(bào)道說明強(qiáng)度和韌性其變化取決于鋼中共格的含Mo的納米析出相，退火溫度再773K和923K溫度范圍內(nèi)，通過TF和TFA試樣氫吸收能力的熱解吸光譜分析，表明了在納米級(jí)的富Mo析出物和基體之間的界面面積和內(nèi)聚力。最近，Lee等人在0.6%C-2%Si-1%Cr-0.4%Mo鋼中，淬火和在843K回火，使用三維原子探針分析不是簇就是在納米碳化物（~4納米）中存在的Mo。鋼中的磷含量可能引起鋼的回火脆性，在現(xiàn)有的鋼中，其磷含量低至0.002%。因此，推斷出納米級(jí)富Mo析出相可能是控制UFEG結(jié)構(gòu)Mo鋼層離韌化的組織因素之一。以及過渡碳化物（2~4nm），富Mo析出相過于細(xì)小，不能作為空洞形核點(diǎn)。因此，認(rèn)為富Mo析出相對(duì)韌性斷裂的影響較小。在843K退火過程中，富Mo析出相析出態(tài)的變化可能會(huì)增強(qiáng)UFEG基體的脆性斷裂應(yīng)力，但是，需要進(jìn)一步的詳細(xì)調(diào)查來澄清這一點(diǎn)。

研究了在773K溫鍛制取UFEG組織的0.4%C-2%Si-1%Cr-1%Mo鋼試樣，退火對(duì)其組織和力學(xué)性能的影響。得到了以下結(jié)果：

（1）843K退火對(duì)UFEG組織中球化碳化物顆粒分布影響不大，但對(duì)納米級(jí)富Mo析出有一定影響。

（2）843K退火后，屈服強(qiáng)度YS略有下降，抗拉強(qiáng)度幾乎沒有下降。此外，在較低的溫度下，拉伸塑性得到了提高。

（3）843K退火可在較低溫度下增強(qiáng)層離韌化。這可能是由于退火過程中納米富Mo相的析出態(tài)發(fā)生了變化。