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·%。     

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·%。     

高铝TRIP钢的微观组织与残余奥氏体稳定性研究

主要研究了高Al TRIP钢的显微组织与残余奥氏体的稳定性。通过光学显微镜、SEM、TEM观察了其微观组织。通过TEM观察了钢中马氏体与贝氏体的形貌。通过电子衍射斑分析,得出了残余奥氏体与马氏体的位向关系为K-S位向关系,奥氏体母相与贝氏体的位向关系为N-W位向关系。为研究残余奥氏体机械稳定性,对试验用钢进行了不同应变量的单向拉伸,用X射线测量了残余奥氏体体积分数。结果表明,真应变小于0.11时残余奥氏体体积分数随应变量增加而减少。真应变量大于0.11后,残余奥氏体体积分数随应变量增加变化不大。为了研究残余奥氏体热稳定性,将试验用钢冷却至不同的温度。发现高Al TRIP钢残余奥氏体热稳定性很高,深冷至-196℃条件下不发生马氏体转变。     

热处理工艺对1000 MPa级含钒高强钢组织和性能的影响

对成分为0.24%C-1.5%Si-2.0%Mn-0.16%V的冷轧试验钢,经780℃两相区退火后进行350～480℃不同温度下等温淬火和380℃等温60～1 200 s不同时间热处理对比试验,结合力学性能、显微组织、XRD分析,研究了热处理工艺对试验钢组织和性能的影响。结果表明,试验钢在780℃两相区退火180 s后,经380℃等温淬火处理360 s,可获得抗拉强度1 029 MPa、强塑积20.1 GPa·%、加工硬化指数0.22的良好综合性能。提高或降低等温温度均使其强度升高,延伸率降低;而延长等温时间至1 200 s,其强度及延伸率变化不大,但出现明显屈服平台。等温淬火温度及时间对残余奥氏体体积分数具有重要影响,在350～410℃范围内提高等温淬火温度,碳原子扩散能力提高,使残余奥氏体含量从2.58%增大到3.86%;而更高的等温淬火温度下,由于马氏体相变被抑制,发生贝氏体相变,残余奥氏体迅速下降;等温淬火时间超过180 s完成碳原子向奥氏体扩散富集,使其残余奥氏体稳定在3.5%左右。     

贝氏体钢等温淬火和淬火-配分复合工艺

 为了研究等温淬火和淬火-配分复合工艺对中碳高强贝氏体钢组织和力学性能的影响,采用组织观察、热模拟试验、X射线衍射分析和拉伸试验等手段,阐明等温淬火和淬火-配分复合工艺处理下的组织演变和性能变化。结果表明,等温淬火结合淬火-配分工艺可以细化粗大的块状马氏体/奥氏体岛,将粗大的马奥岛组织转化为薄膜状奥氏体和贫碳马氏体。与单独贝氏体相变或单独淬火-配分处理工艺相比,等温淬火结合淬火-配分复合工艺提高了中碳钢的力学性能。此外,与单独贝氏体相变或淬火-配分工艺相比,通过等温淬火和淬火-配分复合工艺可以获得更多碳含量较高的残余奥氏体。     

淬火分配工艺对低碳低合金钢组织与性能的研究

研究了0.15C-Mn-Si-Cr低碳低合金钢在Ms点以下不同温度预淬火-碳分配工艺(QP工艺)及贝氏体转变对钢组织与性能影响。结果表明,实验钢经QP处理后获得贝氏体/马氏体复相组织,与淬火回火钢相比能获得更多的残余奥氏体量,随着淬火碳分配温度的升高,钢中残余奥氏体量增加,等温温度超过310℃后,钢中析出碳化物,残余奥氏体量减少。在250℃预淬火温度等温碳分配淬火,钢的冲击韧性显著高于传统的淬火回火钢。     

Ni元素对高碳纳米结构贝氏体钢组织和性能的影响

设计了含Ni和无Ni两种纳米结构贝氏体钢种,进行了不同温度下等温淬火热处理实验,目的是研究Ni对等温淬火纳米结构贝氏体钢相变、组织和性能的影响。结果表明,与连续冷却工艺不同,在等温淬火过程中,Ni元素的添加降低了贝氏体相变驱动力,减少贝氏体体积分数,同时使TTT曲线右移,减慢等温贝氏体相变动力学。此外,在等温淬火后,Ni元素的添加提高钢的冲击性能,但由于贝氏体量的减少和残余奥氏体的增多,使钢的拉伸性能降低。其次,随着相变温度的升高,含Ni钢和无Ni钢的强塑积略有增加。     

相变时间对CSP热轧TRIP钢组织和性能的影响

利用OM、SEM、XRD、EBSD和室温拉伸试验机等研究了CSP热轧TRIP钢中间缓冷时间及贝氏体等温时间对组织和力学性能的影响。结果表明,随着中间缓冷时间的延长,试验钢中的铁素体和残余奥氏体体积分数增加,贝氏体体积分数减少;抗拉强度基本不变,屈服强度逐渐降低,断后伸长率和强塑积变化不明显。中间缓冷时间为6 s时,可满足CSP产线的要求。对贝氏体相变时间的研究表明,当等温时间为15 min时,试验钢中的残余奥氏体主要分布于铁素体/铁素体界面、铁素体/贝氏体界面以及贝氏体中,体积分数约为7.1%,表现出良好的TRIP效应。其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和强塑积分别达到744.0 MPa、522.5 MPa、29.3%和21.8 GPa·%,力学性能最优。当等温时间延长至50 min时,试验钢中的贝氏体含量增加,残余奥氏体体积分数减少至2.7%,强塑积明显下降。     

相变时间对CSP热轧TRIP钢组织和性能的影响

利用OM、SEM、XRD、EBSD和室温拉伸试验机等研究了CSP热轧TRIP钢中间缓冷时间及贝氏体等温时间对组织和力学性能的影响。结果表明,随着中间缓冷时间的延长,试验钢中的铁素体和残余奥氏体体积分数增加,贝氏体体积分数减少;抗拉强度基本不变,屈服强度逐渐降低,断后伸长率和强塑积变化不明显。中间缓冷时间为6 s时,可满足CSP产线的要求。对贝氏体相变时间的研究表明,当等温时间为15 min时,试验钢中的残余奥氏体主要分布于铁素体/铁素体界面、铁素体/贝氏体界面以及贝氏体中,体积分数约为7.1%,表现出良好的TRIP效应。其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和强塑积分别达到744.0 MPa、522.5 MPa、29.3%和21.8 GPa·%,力学性能最优。当等温时间延长至50 min时,试验钢中的贝氏体含量增加,残余奥氏体体积分数减少至2.7%,强塑积明显下降。     

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。     

Mechanical Property and Microstructural Characterization of C-Mn-Al-Si Hot Dip Galvanizing TRIP Steel

 Mechanical properties and microstructure in high strength hot dip galvanizing TRIP steel were investigated by optical microscope (OM), transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD), dilatometry and mechanical testing. On the heat treatment process of different intercritical annealing (IA) temperatures, isothermal bainitic transformation (IBT) temperatures and IBT time, this steel shows excellent mechanical properties with tensile strength over 780 MPa and elongation more than 22%. IBT time is a crucial factor in determining the mechanical properties as it confirms the bainite transformation process, as well as the microstructure of the steel. The microstructure of the hot dip galvanizing TRIP steel consisted of ferrite, bainite, retained austenite and martensite during the short IBT time. The contents of ferrite, bainite, retained austenite and martensite with different IBT time were calculated. The results showed that when IBT time increased from 20 to 60 s, the volume of bainite increased from 14.31% to 16.95% and the volume of retained austenite increased from 13.64% to 16.28%; meanwhile, the volume of martensite decreased from 7.18% to 1.89%. Both the transformation induced plasticity of retained austenite and the hardening of martensite are effective, especially, the latter plays a dominant role in the steel containing 7.18% martensite which shows similar strength characteristics as dual-phase steel, but a better elongation. When martensite volume decreases to 1.89%, the steel shows typical mechanical properties of TRIP, as so small amount of martensite has no obvious effect on the mechanical properties.     

基于动态相变的热轧Nb-V-Ti微合金化TRIP钢组织及性能

通过单轴热压缩试验,结合扫描电镜以及X射线衍射技术,研究了动态相变前奥氏体晶粒状态对基于动态相变的热轧Nb-V-Ti微合金化TRIP钢复相组织状态及力学性能的影响.与动态相变前奥氏体晶粒为等轴状条件下相比,动态相变前奥氏体晶粒为拉长状条件下,动态相变得到的铁素体转变量较大,最终复相组织中贝氏体含量较少且团径较小,马氏体含量较少,但对残余奥氏体含量及其含碳量影响不明显.与不含微合金化元素的基于动态相变的热轧TRIP钢相比,Nb-V-Ti微合金化TRIP钢的屈服强度和抗拉强度明显提高,而延伸率有所降低.      

淬火-贝氏体区配分工艺及钢的组织性能

 Q&P（Quenching and Partitioning, 淬火配分）工艺在CCE条件下,通过采用[Ms]和[Mf]点之间的最佳淬火温度和低于[Ms]点的配分温度,避免配分阶段的贝氏体形成最终可以得到最高含量的残余奥氏体组织。但试验中得到不足体积分数8%的残余奥氏体含量限制了钢塑性的提高。通过提出淬火-贝氏体区配分工艺,并应用在(0.21～0.29)C-(1.5~2.0)Si-(1.5～2.1)Mn成分钢,得到了体积分数12%左右的残余奥氏体含量和25%左右的伸长率,同时强度保持在1 000～1 100 MPa,强塑积最高达到36.6 GPa·%。不同的淬火温度和配分温度试验结果表明,工艺变化对强度影响较低,伸长率和强塑积随着配分温度的提高而提高,其中270 ℃的淬火温度试样的提高幅度高于245 ℃淬火试样,采用Q&PB工艺得到了无碳贝氏体＋马氏体＋残余奥氏体的三相组织。淬火和贝氏体区配分得到了优异的强度和塑性的结合,为新一代汽车用钢的发展提供新的思路。     

Effect of Tempering Temperature on Strength and Toughness of Novel Carbide-Free Bainite/Martensite Duplex Phase Steel

Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｍｅｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗａｌｌｏｙｓｔｅｅｌｓａｎｄｕｌｔｒａｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗａｌｌｏｙｓｔｅｅｌｓｉｎｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｕｓｅｉｓｕｓｕａｌｌｙｔｅｍｐｅｒｅｄｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ .Ｈｏｗｅｖｅｒ ,ｓｌａｃｋ ｑｕｅｎｃｈｅｄｍｉｘｅｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇｍａｒｔｅｎｓｉｔｅａｎｄｂａｉｎｉｔｅｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｅｎ ｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｐｒａｃｔｉｃｅｗｈｅｎｔｈｅｓｅｌｏ…     

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。     

Homogeneous formation of epsilon carbides within the austenite during the isothermal transformation of a ductile iron at 410 °C

The transformation of a ductile iron at 410 °C for different times, after austenitization for 30 minutes at 900 °C, is analyzed in detail. Upper bainite and a high volume fraction of austenite are formed for intermediate annealing times. A certain amount of martensite is observed after quenching not only for short transformation times but also for intermediate times. The formation of the martensite on cooling after intermediate transformation times is due to the decrease in carbon concentration of the retained austenite because of the homogeneous precipitation of epsilon carbides within. This homogeneous precipitation of epsilon carbide inside austenite is unambiguously observed. The epsilon carbide, pre-precipitated in austenite, which transforms to martensite on cooling, continues growing in the martensite after transformation. For long times of austempering at 410 °C, some complex large carbides or silicocarbides are formed, probably from the epsilon carbide, which result in the total decomposition of austenite.     

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.      

Transformation of austenite into bainitic ferrite and martensite

The stress induced martensitic transformation in the upper metastable intermediate state of γ-α transformation in ferrous materials, structured as ferritic bainite, is discussed. The fibrous structured ferritic bainite consists of retained austenite and ferrite platelets growing in the [111]α//[101]γ direction. The ferrite growth Induces carbon enrichment of the adjacent austenite at the phase boundaries. Strengthening at high stress levels up to the yield point causes dislocation tangles in the ferrite fibre and the formation of shear bands crossing each other in the retained austenite. At lower carbon contents of the austenite, lath martensite precipitates at the shear band intersections and at high shear band densities martensite blocks are observed. In carbon enriched austenite martensite lenses formed by shear processes have been observed. At alternating loading conditions, exceeding the stress level for athermic martensite formation, various shear planes are activated forming characteristic patterns of plate martensite.     

微合金化热轧TRIP钢的工艺模拟

 借助MMS-300热模拟试验机研究了控轧温度区间、终冷温度、贝氏体区等温处理以及冷却路径对微合金化热轧TRIP钢组织演变规律的影响。结果表明,随着控轧温度区间“下调”,组织中的铁素体晶粒越来越细小,铁素体量逐渐增加,残余奥氏体量则先增加后减少。终冷温度升高时,组织中的残余奥氏体量也呈现出先增加后减少的变化趋势,而贝氏体温度范围等温时间的延长使残余奥氏体量增加。相对于“缓冷+快冷”,轧后采用“快冷+缓冷+超快冷”冷却路径更有助于铁素体晶粒的细化和奥氏体的残留。在“快冷+缓冷+超快冷”冷却路径下,当控轧温度区间为900~840℃,缓冷温度范围为710~680℃,贝氏体等温处理制度为450℃×5min时,组织中的残余奥氏体量达到最高值113%。