先进高强钢（AHSS）连铸板坯中存在严重的裂纹缺陷，给生产企业造成相当大的经济损失。预防裂纹缺陷是新一代AHSS开发中最重要的挑战之一，减少或消除板坯严重开裂一直是该领域的研究重点^[1-3]。连铸过程中，先共析膜状铁素体的析出是影响连铸坯发生裂纹的重要因素^[4]。大量相关研究表明^[5-8]，当铸坯温度降至γ+α两相区时，沿粗大原奥氏体晶界析出的薄膜状铁素体是造成铸坯高温第三脆性区的主要因素之一。由于连铸坯是中间产品，在下游加工过程中，连铸坯缺陷会贯穿整个钢板生产过程，因而影响最终产品质量。因此，控制AHSS铸坯质量是生产高性能AHSS的关键，这也是当前工业生产中亟待解决的问题。

本文基于研究不同等温温度对AHSS连铸坯中先共析铁素体的影响，进而优化出试验钢连铸坯在连铸生产过程中消除先共析铁素体的较优返温温度，为连铸工艺制定提供理论指导。

1 试验材料及方法 1.1 试验材料

试验所用材料经转炉、精炼炉冶炼，在连铸机连铸生产得到，其化学成分如表 1所列，通过化学成分可计算出试验钢的A_c1（珠光体完全转变为奥氏体的温度）和A_c3（铁素体完全转变为奥氏体的温度）分别为752 ℃和846 ℃。连铸坯尺寸为230 mm（厚）×2 100 mm（宽）×2 400 mm（长）。从连铸坯宽度1/4位置处切取3块全厚度立方体样块，用于等温热处理试验，取样位置及取样尺寸如图 1所示。

1.2 等温热处理制度

由于样品尺寸较大，在制定等温热处理制度时，为避免等温时间不足而造成试样芯部和表层温度不均匀，需要充分考虑各等温温度条件下试样芯部和表层温度达到均一时所需时间。因此，本文通过应用有限元模拟软件，对不同等温温度条件下试样芯部和表层达到温度均一所需的时间进行仿真分析，为制定出合理的等温时间提供参考。等温温度是根据试验钢的A_c1和A_c3温度制定的。模拟所采用的热物理性能参数如表 2所列。图 2、图 3和图 4分别是720、800 ℃和860 ℃温度条件下，在试样厚度方向温度随时间变化的模拟计算值。对比计算结果可以看出，随着均热温度的升高，试样表层和芯部的温度差值呈递增变化，温度越高，试样所需均热化时间越长，且均热化时间最长约为65 min。因此，结合模拟仿真结果以及试样在热处理炉内的状态，试验采用1.5 h的等温时间对试样进行热处理。具体热处理制度如图 5所示。

2 结果与讨论 2.1 等温温度对试样显微组织的影响

经不同等温热处理工艺后的金相试样用砂纸逐级打磨至2.1 μm后抛光，使用4%硝酸-96%无水乙醇（体积比）溶液进行腐蚀。用Zeiss Axio Observer Almg光学显微镜和Zeiss Sigma 300扫描电子显微镜观察不同等温热处理后试样的显微组织形貌，结果如图 6、图 7和图 8所示。从图 6（a）可以看出，试样原始组织中的先共析铁素体还清晰可见，说明720 ℃等温热处理并未消除试样中的先共析铁素体；从图 6（b）可以看出，基体组织以贝氏体+珠光体+铁素体为主，且贝氏体主要呈现粒状形态。从图 7（a）可以看出，试样原始组织中的先共析铁素体组织呈明显长大趋势，说明800 ℃等温热处理也不能消除试样中的先共析铁素体；从图 7（b）可以看出，基体组织以珠光体+铁素体为主，说明800 ℃等温热处理过程改变了试样的原始态组织。从图 8（a）可以看出，试样原始组织中的先共析铁素体全部消除，且得到了分布和大小都较均匀的多边形铁素体，说明860 ℃等温热处理可以完全消除试样中的先共析铁素体；从图 8（b）可以看出，基体组织以多边形铁素体+珠光体为主，说明860 ℃等温热处理1.5 h得到了较为均匀的目标显微组织。

2.2 等温温度对试样冲击韧性的影响

经等温处理后的试样1（720 ℃）、试样2（800 ℃）和试样3（860 ℃）在厚度方向1/4位置处各取5块小样，按照国家标准GB/T 229—2007要求加工成标准规格（10 mm×10 mm×55 mm）V型缺口（2 mm）的标准夏比冲击试样，在冲击试验机上进行冲击韧性测试，试验温度为室温。试验结果的平均值如表 3所列。从冲击测试结果可以看出，随着等温温度的升高，试样的冲击韧性也相应得到改善。

图 9是试样1、试样2和试样3的冲击断口形貌扫描电镜分析照片。从图 9可以看出，试样1的断口形貌表现出准解理断口形貌特征，试样2的断口形貌表现为部分解理+少部分韧性的断口形貌特征，而试样3为韧性的断口形貌特征，且韧窝较深。这和试样中的显微组织有很大关系，从试样1和试样2断口形貌对比可以看出，冲击韧性的提高得益于试样中铁素体形态的转变，当试样中铁素体形态从沿晶界先共析铁素体转变为晶内多边形铁素体时，随着晶内多边形铁素体的增加，当发生断裂时，裂纹尖端附近塑性变形区增大，裂纹很难直接破坏渗碳体片层，从而选择绕过的方式进行扩展。当裂纹以绕过的方式进行扩展时，扩展路径会因为裂纹选择向薄弱处行进而变得曲折，试样中大量的多边形铁素体可以增加裂纹扩展路径的曲折程度，从而降低裂纹尖端的应力集中，减小裂纹扩展能力，改善钢的综合抗裂纹扩展性能^[10-11]。

3 结论

1）720 ℃等温热处理并未消除试样原始组织中的晶界先共析铁素体，显微组织为贝氏体+珠光体+铁素体；800 ℃等温热处理时，显微组织以珠光体+铁素体为主，同时也还存在少量的晶界先共析铁素体；860 ℃等温热处理时，基体组织为多边形铁素体+珠光体。

2）等温温度对试验钢的冲击韧性有较大影响。860 ℃的冲击功最大（25 J），720 ℃的冲击功最小（10 J）。