北京科技大学开展亚包晶钢连续冷却转变曲线的测定研究

低合金高强钢是目前广泛应用的工程结构材料，且多属于包晶成分钢种范畴，在连铸生产中极易发生表面裂纹缺陷。研究表明，包晶钢的奥氏体分解相变行为对铸坯热塑性及表面裂纹倾向有重要影响。铸坏表面温度和组织的合理控制是解决这类常见裂纹问题的根本途径，而准确地测定目标钢种的连续冷却转变(CCT)曲线，对于揭示铸坯冷却过程中的组织转变行为与制定合理的冷却工艺十分重要。以低合金亚包品钢为例，对其CCT曲线进行研究，可以确定先共析铁素体相变的发生温度、贝氏体或马氏体完全形成的冷速等，从而对连铸生产工艺优化提供指导。

近日，北京科技大学和江阴兴澄特种钢铁有限公司张家泉教授团队开展了亚包晶钢连续冷却转变曲线的不同测定手段与对比分析，研究成果发表于2024年《钢铁研究学报》。研究团队分别采用Gleeble-3500热模拟试验机、相变膨胀仪和JMatPro软件对同一钢种进行CCT曲线测定和计算，并结合不同冷速下实测试样的金相组织进行验证。通过对比3种常用分析手段获得的CCT曲线差异及其准确性分析，为生产中高效、准确地揭示低合金高强钢的CCT曲线提供依据。

表1 试验钢种主要成分（质量分数 wt.%）

研究人员首先采用热模拟试验机开展实验，得到了Gleeble-3500测试的CCT曲线，如图1所示。从图1中可以看出，实验钢种在5 ℃/s冷速以下时奥氏体分解组织为F+P或F+P+B，在更快的冷速下将出现马氏体。然而，由Gleeble得到的CCT曲线，可以发现2个与实际相变温度异常之处：(1)铁素体相变开始温度在850℃左右，而对象钢种碳质量分数在0.15%左右，其Ar3温度往往要降低至800℃以下；(2)在高冷速区出现了一个相变开始温度突然升高的区域。可见，图1所示的CCT曲线在低冷速区存在明显的不合理现象，也与金相组织分析有明显差异。研究人员分析认为，这可能与Gleeble热模拟实验中试样在轴向和径向存在较大温差、试样尺度大冶金缺陷几率也大以及设备检测相变膨胀精度有限等因素有关。

图1 Gleeble-3500 测定试验钢种 0.1-50 ℃/s 范围内 CCT 曲线

研究人员利用相变仪获得的CCT曲线，如图2所示。对比图1中Gleeble-3500 得到的 CCT 曲线可见，由相变仪确定的相变曲线更为合理，不同相区之间的划分更清晰。此外，先共析铁素体相变于 740 ℃及以下开始，不存在奥氏体于 800 ℃以上开始分解相变的假象。同时，在高冷速区，奥氏体将分解为贝氏体+马氏体相，图1中出现的异常区域不复存在。

图2 相变仪测定试验钢种 0.1-50 ℃/s 范围内 CCT 曲线

进一步，研究人员利用金属材料相图计算和材料性能预测模拟软件 JMatPro（v7.0 版本） 计算绘制该钢种下的 CCT 曲线，结果如图3所示。与相变仪测定的 CCT 结果比较，JMatPro 计算结果中相变开始温度均相对较高，铁素体相区较大,珠光体相区相对较小，贝氏体,马氏体相区则基本保持一致。值得指出的是，利用JMatPro软件计算钢的 CCT 曲线方便快捷。研究人员采用JMatPro v7.0 版本中 General Steel 模块 Advanced CCT，设置奥氏体化温度为 1000℃，随着数据库的完善和更新，JMatPro软件已经更新为v14.1版本。

图3 JMatPro 计算得到的试验钢种的 CCT 曲线

参考文献：白云,张壮,陈斌等.亚包晶钢连续冷却转变曲线的不同测定手段与对比分析[J].钢铁研究学报:1-13[2024-03-23].

JMatPro软件一套功能强大的金属材料相图计算与材料性能模拟软件，尤其适用于实际工业的多组分合金。使用JMatPro可以设计合金成分、开发新合金和改进各种热处理工艺等，也可用于与各种CAE软件（DEFORM、FORGE、ProCAST、Magma、Sysweld、Thercast等）一起进行工艺流程设计与仿真。

JMatPro软件主要功能包括：（1）平衡相图计算；（2）凝固及材料性能计算；（3）材料热物性能计算；（4）机械性能计算；（5）相转变动力学计算；（6）材料优化设计；（7）API功能；（8）MPO功能。