2 GPa中碳中锰纳米贝氏体钢的相变和塑性机理

 高碳(质量分数为0.78%~0.98%)高硅(质量分数约为1.5%)钢采用低温贝氏体转变(通常为150~250 ℃),可获得不小于2.0 GPa超高强度,但塑性较低(通常不大于8.0%);同时需要非常长的贝氏体相变时间(通常不小于4 d)。采用降低碳含量(Fe-0.30C-1.5Si-1.5Ni)的成分设计,可以显著加速贝氏体相变(300 ℃等温0.5 d),获得优良强度(抗拉强度(1 138±6) MPa)和塑性(伸长率为18.5%±1.5%)匹配的性能;但很难达到超高强度(1 500 MPa)级别。参考高/中碳贝氏体钢的合金设计、显微组织和力学性能特点,采用“中碳、以铝代硅、以锰代镍”的合金成分(Fe-0.30C-1.2Al-5.0Mn)体系,在M_s(马氏体开始转变温度)温度(300 ℃)附近进行贝氏体相变,可以获得强度为2.0 GPa级((2 029±9) MPa),伸长率超过10.0%(11.5%±1.0%)的高塑性纳米贝氏体钢,同时贝氏体相变时间适中(等温2 d),合金制造成本低廉(镍质量分数约为0.5%)。Fe-0.30C-1.2Al-5.0Mn钢具有超高强度主要是由于硬相组织贝氏体铁素体和马氏体总体积分数为85.1%,其中贝氏体铁素体板条宽度为(85±30) nm。具有较高塑性主要是由于软相组织残留奥氏体的体积分数为14.9%,碳质量分数为1.12%,位于贝氏体铁素体板条之间的薄膜状残留奥氏体尺寸为(30±15) nm;同时碳、锰元素能够增加残留奥氏体稳定性,特别是相对于低锰含量,5%中锰元素对残留奥氏体有更显著的稳定性作用,使其在低应力作用下不容易发生相变,但在高应力过程中持续发生TRIP效应以提高塑性。     

超级贝氏体钢的现状和进展

超级贝氏体钢的基本合金元素为C-Mn-Si,通过300～500℃低温相变得到超细贝氏体、马氏体和残余奥氏体组织。为减小临界冷却速度、促进贝氏体转变,部分超级贝氏体钢中添加Cr、Ni、Mo等合金元素,并降低C、Mn含量以改善钢材的焊接性能。超级贝氏体钢具有超高强度和良好的塑性,其屈服和抗拉强度分别达～1 200MPa和1 600～1 700 MPa,总伸长率为～15%。新一代超级贝氏体钢的屈服强度可达1 300 MPa以上,抗拉强度超过1 700 MPa。     

细晶强化和位错强化对中锰马氏体钢的强化作用

 研究了碳和锰含量对淬火中锰马氏体钢的位错密度、残余奥氏体含量、晶粒尺寸等组织结构以及室温力学性能的影响。借助于SEM、EBSD、TEM和XRD表征了材料的微观组织,探讨了马氏体钢的强化机制。结果表明:随着碳含量增加,淬火中锰钢的位错密度和残余奥氏体体积分数逐渐增加,板条束和板条块尺寸逐渐细化,大角晶界百分数逐渐增加,强度逐渐升高;增加锰含量能够提高马氏体钢的位错密度和抗拉强度。分析认为,位错强化和细晶强化是淬火中锰马氏体钢的主要强化机制。马氏体板条尺寸是马氏体抗拉强度的结构控制单元,而原奥氏体晶粒尺寸则是马氏体屈服强度的结构控制单元。     

回火工艺对热轧U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨组织性能的影响

U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨的生产流程为150 t 转炉-LF-VD-280 mm×380 mm铸坯 轧制,终轧930~980 ℃,空冷-340 ℃ 4 h两次回火,空冷。U20Mn2SiCrNiMo钢热轧态(终轧930~980 ℃空冷）和(320 ℃一、二次回火)组织均由贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成。力学性能试验结果表明：U20Mn2SiCrNiMo钢轨最佳回火工艺为320 ℃ 4 h空冷+320 ℃ 4 h空冷二次回火,其性能为：屈服强度1242 MPa,抗拉强度1393 MPa,HBW硬度值417,伸长率15.0%,断面收缩率60%,冲击吸收功K_U2 98 J,轨底纵向残余应力+180 MPa。     

钒微合金化对Q-P-T工艺处理的中碳钢力学性能的影响

研究了钒微合金化对Q-P-T工艺处理的0.28C-Si-Mn-Cr贝氏体钢组织与力学性能的影响。结果表明,试验钢在900℃奥氏体化进行淬火处理,350℃碳分配后,钢的组织由板条状马氏体、少量贝氏体及残余奥氏体组成。随着碳分配时间的延长,碳原子从板条马氏体扩散进入残余奥氏体,残余奥氏体含量增加,使得材料的塑性和韧性提高,拉伸强度下降。同时,随着钒含量增加,试验钢的拉伸强度增加,但塑性和韧性下降。在钒和Q-P-T工艺的双重作用下,含0.1%钒的中碳贝氏体钢获得了拉伸强度1375MPa、断后伸长率23.2%、冲击功值99.5J的综合力学性能。     

调质低碳贝氏体钢的组织和性能

研究了C-Mn-Mo-Cu-Nb-Ti-B系低碳微合金钢915℃淬火和490~640℃回火的调质工艺对钢的组织及力学性能的影响.用扫描电镜和透射电镜对实验钢的组织、析出物形态和分布以及断口形貌进行观察,采用X射线衍射仪分析钢中残余奥氏体的体积分数.结果表明:调质后,实验钢获得贝氏体、少量马氏体及残余奥氏体复相组织,贝氏体板条宽度只有250 nm,残余奥氏体的体积分数随着回火温度的升高而降低,经淬火与520℃回火后残余奥氏体的体积分数为2.1%.调质后析出物的数量激增,6~15 nm的析出物占70%以上.实验钢经过915℃淬火与520℃回火后,其屈服强度达到915 MPa,抗拉强度990 MPa,-40℃冲击功为95 J.细小的析出物及窄的板条提高了钢的强度.板条间有残余奥氏体存在,改善了实验钢的韧性.      

回火时间对Fe-0.39C-3.69Mn中锰钢的组织和力学性能的影响

摘要：初始组织为片层珠光体的Fe-0.39C-3.69Mn（wt.%）钢板被快速加热到730℃保温90s后淬火至室温,获得包含13.2%残余奥氏体的板条马氏体组织。借助SEM、TEM、XRD和单向拉伸力学测试等试验手段,研究了在200℃回火时不同保温时间对微观组织和力学性能的影响,特别是对残余奥氏体体积分数和稳定性的影响。结果表明,随回火时间的增加,过渡碳化物逐渐增多并粗化,残余奥氏体含量先减少后不变;硬度、强度和均匀伸长率均逐渐降低,但断后伸长率由于马氏体回复而有所增加。片状残余奥氏体由于富Mn而具有较高稳定性,在200℃长时间回火后基本不发生分解。回火15min后获得最佳的综合力学性能,其屈服强度为1544MPa,抗拉强度为2031MPa,断后伸长率为10.1%。     

基于镀锌的Q/P工艺对钢组织与性能的影响

基于热镀锌的工艺特点制定Q/P热处理工艺,研究了奥氏体化温度及配分时间对组织和性能的影响。结果表明,随奥氏体化温度从800升至900℃,Q/P处理后组织中铁素体量减少,马氏体和残余奥氏体量增加,钢的屈服强度、抗拉强度均升高,伸长率降低,900℃奥氏体化时钢的强塑积最高。在460℃配分10、30、60s时,随着配分时间延长,组织中马氏体发生回火且发生大量贝氏体转变,造成Q/P处理后残余奥氏体量减少,使钢的抗拉强度、伸长率和强塑积均下降。     

贝氏体区等温时间对低硅TRIP钢组织和力学性能的影响

研究了0.15C-1.5Mn-1.5Al-0.3Si TRIP钢820℃2 min加热后快冷至450℃盐浴中保温5～300s空冷的组织和力学性能。结果表明,随在贝氏体转变区450℃等温时间的增加,该钢的屈服强度和伸长率增加,抗拉强度降低,等温时间60s时强塑积最佳,为23 000MPa%;等温时间≤60s时随等温时间增加钢中残余奥氏体含量增加,>60s时随等温时间的增加钢中残余奥氏体含量降低,60s时钢中残余奥氏体达到最高值,为14%。     

低碳贝氏体钢的组织类型及其对性能的影响

低碳贝氏体钢受控冷工艺的影响会得到不同类型的组织，在较慢速冷却时，在奥氏体中先形成针状铁素体，残余奥氏体会被包裹在铁素体之中，形成粒状贝氏体团。工业轧制试验表明．不同控制冷却工艺可得到两类组织，一类出现黑珠组织(富碳马氏体组织)．具有该组织的钢轧态冲击韧性低。另外一类为细化的板条贝氏体组织，具有该组织的钢轧态强度高，冲击韧性好，但伸长率不足。通过回火处理，存在黑珠组织钢的冲击韧性能得到提高，超细化板条贝氏体组织钢的伸长率也能得到改善，但后者屈服强度会比前者高100MPa左右。     

不同工艺下低碳Mn-Si钢的组织与力学性能

通过Gleeble-1500热模拟压缩试验,借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射及拉伸试验等,研究一种低碳Mn-Si钢在基于热轧动态相变的热轧TRIP钢工艺和基于贝氏体等温处理工艺下的组织与力学性能,比较了通过两种工艺获得的不同复相组织状态对材料的加工硬化能力的影响.结果表明:实验钢在基于动态相变的热轧TRIP钢工艺下获得了以细晶铁素体为基体和贝氏体、残余奥氏体组成的复相组织,而在基于贝氏体等温处理工艺下得到了以板条贝氏体为基体和残余奥氏体组成的复相组织,前者中残余奥氏体含量较高且其碳含量也较高.实验钢具有以板条贝氏体为基体的复相组织时屈服强度和抗拉强度较高;但由于残余奥氏体稳定性较差,实验钢的加工硬化能力较弱,导致其均匀延伸率和总延伸率较小.      

高碳铬轴承钢的成分设计和热处理工艺的研究进展

叙述了高碳铬轴承钢中Mn、Si、Cr、Mo和Al含量及热处理工艺包括马氏体淬火-回火,贝氏体等温淬火、贝氏体-马氏体和马氏体-贝氏体淬火以及纳米贝氏体钢的研究进展。近10年发展的高强度、高塑性和高韧性的纳米贝氏体钢,因其由纳米尺寸的超细贝氏体铁素体板条和板条间富碳的残余奥氏体薄膜组成的特殊组织结构导致其在耐磨和接触疲劳性能方面也具有优越性,该纳米贝氏体轴承钢有良好的应用前景。     

常化后冷却工艺对1600MPa级超高强钢组织性能的影响

为改善高强度钢的塑性和韧性,对中碳低合金马氏体高强度钢分别采用常化后空冷＋回火和常化后控冷＋回火工艺,研究常化后冷却工艺对钢中残余奥氏体及力学性能的影响.采用扫描电镜获得钢的组织形态,利用X射线衍射和电子背散射衍射技术分析钢中残余奥氏体的体积分数、形貌和分布.发现两种工艺下均得到板条马氏体＋残余奥氏体组织,残余奥氏体均匀分布在板条之间,随工艺参数不同,其体积分数在3%~10%变化.常化后加速冷却能显著细化马氏体板条,提高钢的屈服强度和抗拉强度100 MPa以上,冲击功下降4 J.残余奥氏体的体积分数随常化控冷终冷温度的升高呈现先升高后降低的变化,常化后的控制冷却也可以作为进一步改善马氏体类型钢组织和性能的方法      

回火对Si-Mn-Mo系贝氏体钢组织性能的影响

研究了淬火后不同温度回火对Si-Mn-Mo系贝氏体钢显微组织与力学性能的影响.结果表明,采用淬火后回火的工艺可以显著提高Si-Mn-Mo系贝氏体钢的强度和塑性.淬火后300℃回火与350℃回火,该钢的力学性能相差不大,而450℃回火后强度、硬度相对较低,韧塑性略有提高.组织观察表明,该钢为贝氏体铁素体和残余奥氏体(片状和块状M-A岛)的复合组织,适当温度回火可以促进块状M-A岛分解,增加板条铁素体含量,提高残余奥氏体的机械稳定性,进而稳定其组织性能..     

铌含量和热处理工艺对TRIP钢组织和力学性能的影响

通过两相区退火和贝氏体转变区等温处理,研究了铌含量和贝氏体等温处理温度对低碳 TRIP钢(w(Mn)=1.38%,w(Si)=0.6%,w(Al)=0.5%)组织和力学性能的影响.实验结果表明:增加铌含量,实验钢的残余奥氏体量减少,抗拉强度和屈服强度增加;当铌的质量分数为0.014%时,实验钢的伸长率和强塑积较高;贝氏体等温处理温度为400 ℃时,实验钢的残余奥氏体量较多,力学性能较好.     

贝氏体等温温度对超高强冷轧TRIP钢组织性能的影响

将C-Si-Mn钢加热至800℃保温120 s后,分别快速冷却至350～410℃保温600 s以模拟贝氏体等温转变工艺。通过扫描电镜(SEM)和拉伸测试的方法研究了贝氏体等温温度对超高强相变诱导塑性钢(TRIP钢)微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,冷轧TRIP钢的微观组织由铁素体、贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成;贝氏体和残余奥氏体形成于等温转变阶段,而马氏体形成于等温后的终冷阶段。随着贝氏体等温温度增加,固溶C原子扩散系数提高,促进残余奥氏体中碳化物的析出。因此,奥氏体中的平均固溶C含量降低,使得TRIP钢残余奥氏体分数降低,马氏体体积分数增加。贝氏体等温温度由350℃增加至410℃时,TRIP钢屈服强度由720 MPa降低至573 MPa,抗拉强度由1 195 MPa提高至1 312 MPa,伸长率A_(80)由17.8%降低至12.5%。贝氏体等温温度为350℃时,冷轧TRIP钢具有优良的综合力学性能,强塑积达到21 270 MPa·%。     

高碳贝氏体钢的低温转变组织与性能

摘要：采用光学与扫描电子显微镜、X射线衍射等手段研究了不同等温温度（300、250、200℃）对于高碳（质量分数0.79%）贝氏体钢低温转变样品的相含量、组织尺寸和力学性能的变化规律。结果表明，随贝氏体等温温度的降低，贝氏体最终转变量更高，贝氏体铁素体板条和薄膜状残余奥氏体宽度、块状残余奥氏体尺寸减小，抗拉强度升高，塑韧性降低。300℃的贝氏体抗拉强度为1525MPa，贝氏体铁素体宽度是116nm，而200℃的贝氏体铁素体板条尺寸达到62nm，抗拉强度达到1 928MPa。研究发现，在未充分转变的贝氏体样品中，尺寸大于4.7μm的块状残余奥氏体在冷却过程中易发生马氏体相变，而小于该尺寸的残余奥氏体比较稳定，可以保留到最终组织中。     

贝氏体等温时间对超高强冷轧相变诱导塑性钢组织性能的影响

将C-Si-Mn钢加热至800℃保温120 s后,分别快速冷却至350℃保温100~1 000 s以模拟贝氏体等温转变工艺。通过扫描电镜(SEM)和拉伸测试的方法研究了贝氏体等温时间对超高强冷轧相变诱导塑性钢(TRIP钢)微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,冷轧TRIP钢的微观组织由铁素体、贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成。贝氏体和残余奥氏体形成于等温转变阶段,而马氏体形成于等温后的终冷阶段。随着贝氏体等温时间增加,促进了过冷奥氏体向贝氏体转变,固溶C原子充分向剩余奥氏体中富集。因此,过冷奥氏体中的平均碳含量增加,使得冷轧TRIP钢残余奥氏体分数提高,马氏体体积分数下降。贝氏体等温时间由100 s延长至1 000 s时,冷轧TRIP钢屈服强度由596 MPa提高至692 MPa,抗拉强度由1 455 MPa降低至1 138 MPa,屈强比由0.41提高至0.61,伸长率(A80)由6.3%提高至18.9%。贝氏体等温时间为1 000 s时,冷轧超高强TRIP钢具有优良的综合力学性能,最大强塑积达到21 510 MPa·%。     

热处理工艺对钒微合金化冷轧TRIP钢组织性能影响研究

采用盐浴热处理方法配合性能检测及显微组织分析方法研究了热处理工艺对含钒冷轧TRIP钢组织性能的影响,结果表明试验钢在所采用的热处理工艺下其抗拉强度均达到700 MPa,且在780℃×60 s+400℃×180 s工艺下获得最佳综合性能,屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、强塑积分别为514 MPa、738 MPa、29%、21 402 MPa·%;随着两相区退火温度的升高,两相区奥氏体所占的体积分数也越高,使最终组织中贝氏体及马氏体等强化相含量增多,造成试验钢强度上升、塑性下降;钒在试验钢中对残余奥氏体的积极作用并未体现,可能与退火时间较短和贝氏体区等温时钒碳(氮)化物重新析出消耗残余奥氏体中碳原子造成其含量及稳定性下降有关。     

回火温度对1500MPa级直接淬火钢组织与性能的影响

设计了一种新型1500MPa级Si-Mn-Cr-Ni-Mo多组元系低合金、超高强度工程结构钢,研究了回火温度对直接淬火钢组织与力学性能的影响.结果表明,抗拉强度随回火温度的升高而不断降低,屈服强度随回火温度升高先升高后下降,延伸率和冲击功均随回火温度升高呈现先升高、后降低、再升高的变化趋势.分析认为,回火过程组织演变的物理机制一方面包括板条马氏体和位错亚结构的回复、再结晶软化过程,另一方面包括残余奥氏体的分解与马氏体中过饱和碳的脱溶及析出第2相的强化机制综合作用.250℃回火后,板条马氏体内析出ε碳化物;400℃回火后ε碳化物明显粗化,产生回火脆性;600℃回火后部分析出相在奥氏体中形核,在马氏体基体内长大和粗化,最终形态为近似球形,另一部分析出相在马氏体内形核、生长,呈现椭球形或矩形.