对高强度钢板分别进行在线淬火+600℃回火以及离线淬火+600℃回火处理，对比研究了两种工艺下的组织和力学性能。结果表明：两种工艺下试验钢板的显微组织均为回火马氏体，在线淬火+回火后的马氏体板条间距更小，板条更长；在线淬火+回火后的马氏体具有更高的位错密度和更多的大角度晶界，且碳化物析出相的尺寸更加细小；在线淬火+回火后试验钢板的强度更高，但塑性和韧性略低于离线淬火+回火工艺下的。

1 试样制备与试验方法

     试验材料为高强度钢，将钢坯加热到1180~1220℃后采用两阶段控轧工艺进行轧制，粗轧开轧温度高于1000℃，待温坯厚度为75mm，精轧开轧温度不高于900℃，目标厚度为25mm，开冷温度为(800±40)℃，在线淬火工艺的终冷温度不高于200℃，离线淬火工艺的终冷温度为(550±30)℃。离线淬火需将钢板重新加热至900℃完全奥氏体化后再进行淬火，随后进行600℃回火热处理，在线淬火则是在轧制完成后直接淬火并进行600℃回火热处理。在线淬火与离线淬火的冷却方式均为水冷。

     为确定两种淬火工艺的冷却速率，保证试验钢在冷却过程中发生马氏体相变，需要测定其过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线以确定马氏体转变临界冷却速率。在热模拟试验机上将试样加热至900℃保温180s后，分别以40，35，30，25，20，15，10，5℃·s-1的冷却速率冷却至室温，测定不同冷却速率下的膨胀曲线，采用切线法确定相变点。在不同冷却速率下的试样上取样，用硝酸酒精腐蚀后，在光学显微镜上观察显微组织。采用显微维氏硬度计测试硬度，载荷1.961N，保载时间10s。采用上述数据并结合显微组织观察，绘制试验钢的CCT曲线。

     垂直于轧向取样，按照GB/T 228.1—2010，在电液伺服万能试验机上进行室温拉伸试验，试样平行段宽度为25mm，标距为140mm，拉伸应变速率为0.00025s-1，试验温度为23℃；平行于轧向取样，按照GB/T 229—2007，在摆锤冲击试验机上进行-20℃冲击试验。在钢板上取样，经研磨、抛光，使用硝酸酒精溶液腐蚀后，采用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察显微组织；将机械研磨和抛光后的试样用高氯酸乙醇溶液电解抛光后，利用电子背散射衍射(EBSD)技术进行晶粒取向分析。垂直于轧向切取厚度为0.3mm的薄片，手工打磨至约40μm，用高氯酸乙醇溶液双喷离子减薄后，采用透射电镜(TEM)观察微观形貌。

2 试验结果与讨论

2.1 CCT曲线

     由图1和图2分析可知：当冷却速率低于25℃·s-1时，试验钢组织中除了马氏体之外，仍存在一定量的铁素体与贝氏体；当冷却速率在25~30℃·s-1时，组织中仍存在极少量的贝氏体，冷却速率大于35℃·s-1时，组织为全马氏体，此时试验钢的硬度不小于370HV。当冷却速率为20℃·s-1时，组织中仍含有少量铁素体，高强钢组织中的铁素体会影响其强度，因此淬火时的冷却速率应不低于25℃·s-1。当冷却速率不低于25℃·s-1时，硬度均在360HV以上。基于该结果，通过冷却控制模型，将在线淬火和离线淬火工艺的平均冷却速率控制在25~35℃·s-1。

图1 试验钢的CCT曲线

图2 不同冷却速率下试验钢板的显微组织

2.2 淬火工艺对显微组织的影响

     由图3可知，两种工艺淬火+回火后试验钢板的显微组织均为回火马氏体，但其形貌差异明显。在线淬火保持了试验钢板轧制后的晶粒拉长形态，晶粒呈明显的纵向延伸形貌,马氏体板条束间距较小；离线淬火+回火后的试验钢板加热至900℃奥氏体化经历了奥氏体重新形核及长大过程，因此原奥氏体晶粒为等轴状，转变形成的马氏体板条束间距较大，并且组织中的碳化物析出明显。

图3 不同工艺淬火+600℃回火后试验钢板的显微组织

      由图4可知，在线淬火+回火后试验钢板中的马氏体板条块尺寸更加细小，其大角度晶界含量(面积分数)为38.2%，高于离线淬火+回火后的(29.3%)。在线淬火工艺下试验钢板具有更细的板条尺寸和更高含量的大角度晶界。

图4 不同工艺淬火+600℃回火后试验钢板的反极图和取向差分布

     由图5可知：与离线淬火试验钢板相比，在线淬火后试验钢板中的马氏体板条间距更小，板条更长，位错密度更高；离线淬火+回火后马氏体板条中出现明显粗化的碳化物，在线淬火+回火后的碳化物尺寸更小。此外，在线淬火后马氏体板条中分布有高密度位错，该类组织有利于提高材料强度。

图5 不同热处理工艺下试验钢板中马氏体板条及碳化物形貌

     离线淬火时试验钢板需冷至室温状态，再重新加热至900℃至完全奥氏体化状态，其奥氏体为重新形核长大的奥氏体；在线淬火则是试验钢板在轧后直接快速冷却，奥氏体为加工硬化后的奥氏体。加工硬化的奥氏体发生马氏体相变时，马氏体保留了轧向拉长的形态，同时由于轧制过程中产生的大量位错等缺陷保留在组织中，在线淬火时试验钢板发生马氏体相变前的相变驱动力较大，形成的马氏体板条块较细且长，大角度晶界含量更高。此外，在线淬火工艺下的奥氏体经历了未再结晶区的热变形加工，相变后的马氏体位错包括马氏体切变型相变产生的位错和原奥氏体内部位错，因此在线淬火工艺下试验钢板中的位错密度明显高于离线淬火工艺下的。

2.3 淬火工艺对力学性能的影响

     由表1可以看出：在线淬火试验钢板的屈服强度和冲击吸收功高于离线淬火试验钢板，但塑性低于离线淬火试验钢板；在线淬火+回火后试验钢板的屈服强度和抗拉强度均高于离线淬火+回火后的，塑性和冲击韧性则低于离线淬火+回火后的。

表1 不同工艺热处理后试验钢板的力学性能

     结合组织分析可知，由于位错密度较高，马氏体板条块、碳化物析出相较细，在线淬火+回火后试验钢板的强度高于离线淬火+回火后的强度，但离线淬火+回火后试验钢板的冲击吸收功更高。通常认为，韧性与大角度晶界含量呈正比。在线淬火+回火后试验钢板中的大角度晶界含量更高，但韧性却相对更差，这可能与在线淬火后钢内较高的位错密度以及非等轴状马氏体明显的择优取向有关。

3 结论

     (1) 在线淬火/离线淬火+回火后试验钢板的显微组织均为回火马氏体，离线淬火时钢板中的奥氏体为重新形核长大的等轴状奥氏体，冷却过程中发生相变形成板条束间距较大的板条马氏体；在线淬火时的奥氏体保留了轧制时的拉长形态，相变形成的马氏体板条间距更小、板条更长。在线淬火+回火工艺下的试验钢板具有更高的位错密度和大角度晶界含量，同时碳化物析出相的尺寸更加细小。

     (2) 与离线淬火+回火工艺相比，在线淬火+回火工艺下试验钢板的强度更高，但塑性及韧性略差。