热轧C-Si-Mn系双相钢的显微组织和力学性能

热轧双相钢是指低碳或低合金钢通过临界区热处理或控轧控冷工艺得到的主要由铁素体和少量马氏体组成的高强度钢。测定了C-Si-Mn系热轧双相钢的显微组织和力学性能,以研究二者之间的关系。结果显示,铁素体和马氏体强度是影响该热轧双相钢力学性能的主要因素。建立了热轧双相钢力学性能的数学模型,该模型可以作为预测热轧双相钢力学性能的理论依据。     

0.21C-0.46Si-1.4Mn网状异构组织双相钢的力学性能及加工硬化行为

基于“材料素化”的理论，以普通低碳钢为原材料，引入异质结构的微观设计理念，通过循环退火+亚临界淬火的热处理工艺制备马氏体包裹铁素体的网状异构组织双相钢，观察并研究了马氏体分布形貌以及马氏体体积分数对试验钢拉伸力学性能的影响。结果表明：网状马氏体-铁素体异构组织双相钢在室温下的拉伸强度可达1084.15～1392.24 MPa,总伸长率为7.47%～8.94%,并且兼具较低的屈强比。采用Hollomon、DC-J(Differential Crussard-Jaoul)、修正MC-J(Modified C-J)三种分析模型研究了试验钢的应变硬化特性和不同阶段的应变硬化机制。结果表明双相钢的加工硬化指数与其结构特征息息相关，MC-J分析模型相较于其他两种模型，对双相钢的加工硬化更为敏感，具有三级变形行为。在准静态室温拉伸下，网状异构双相钢具有良好的加工硬化能力，随着马氏体体积分数的增加，双相钢中硬质相马氏体可以更早地发生塑性变形。     

热处理对低碳硅-铌双相钢组织与性能的影响

研究了不同的热处理工艺对低碳硅-铌双相钢的显微组织、力学性能及冷拔性能的影响.结果表明,试验钢采用临界区淬火和双重淬火两种制度,可在830 ℃到960 ℃较宽的温度范围内获得铁素体+马氏体的双相组织, 纤维状双相组织或铁素体边界马氏体双相组织同样具有理想的强韧性配合.经300 ℃充分回火,可消除时效对性能的影响.其钢丝的拉拔率达90%以上,具有良好的成形性及耐磨性能.     

超细晶双相钢无缝钢管的中频感应热处理工艺研究

热轧无缝钢管通过中频感应加热进行循环加热+淬火工艺处理后,基体内的组织将发生多次相变,从而使铁素体以及奥氏体淬火后得到的马氏体晶粒均得以细化。通过循环热处理工艺得到基体为铁素体+马氏体组织的超细晶双相钢,且多次循环后双相钢内的铁素体晶粒可细化到1μm左右。     

马氏体的分布对双相钢微观变形行为和力学性能的影响

通过工艺设计,对工业20钢进行了分级淬火(SQ)和临界区退火(IA)热处理,获得了马氏体体积分数相近、但马氏体分别呈离散分布和连续分布的2种双相钢.对它们的拉伸/冲击力学性能进行了表征;应用数字图像相关(DIC)方法获得双相钢的微观应变分布,并结合表面微裂纹分析,揭示了2种双相钢的不同变形断裂机制.SQ双相钢展现出较低的强度,但具有更好的塑性与冲击韧性,这源于铁素体较大变形松弛了马氏体在变形中产生的应力集中;而IA双相钢中铁素体变形受到周围马氏体的阻碍,铁素体相对小的变形不能有效松弛变形马氏体的应力,使裂纹优先在马氏体中产生,因而IA双相钢具有高强度和低塑性.     

退火和缓冷工艺对双相钢组织性能的影响

应用光亮连续退火模拟实验机,研究了热处理双相钢生产中退火和缓冷工艺对钢组织和性能的影响。结果表明,γ＋α两相区退火温度越高$组织中第2相数量越多,强度越高;在相同退火温度下,缓冷温度越低,越有利于取向附生铁素体生成,未相变的奥氏体富碳越多,淬火后越有利于获得马氏体组织,强度越高;低温退火、低温缓冷,有利于获得多边形铁素体＋岛状马氏体双相组织,综合性能更好。     

变形及合金元素对NM400连续冷却转变的影响

用MMS-200热力模拟试验机研究了低合金耐磨钢NM400在连续冷却条件下的组织演变规律,测定了不同化学成分钢的静态CCT曲线和动态CCT曲线,分析了变形及合金元素对组织转变的影响.结果表明:奥氏体区的变形促进铁素体相变,贝氏体相变温度降低,形成马氏体临界冷却速率提高.Mo抑制碳的扩散,细化晶粒,Ni的添加更加降低马氏体的临界冷却速率.冷速在10℃/s以上时,硬度超过400 HV,传统离线淬火及轧后在线超快冷工艺生产NM400钢均具有可行性.     

新型热成形-淬火碳分配工艺

基于变形、相变、和碳分配同时实现的高强度钢设计思想,利用奥氏体区变形来细化晶粒,利用淬火与分配工艺使钢发生相变且进行碳分配来实现对硬相马氏体和软相残余奥氏体的调控,既一种新型热成形-淬火碳分配碳分配工艺,最终获得纳米级含有错位型马氏体和残余奥氏体的双相复合组织,这种工艺在不损害高强度钢强度的前提下,提高其力学性能,值得推广。     

低碳Si-Nb双相钢组织与性能的研究

研究了不同热处理状态下低碳硅-铌双相钢的显微组织形态及其对力学性能的影响.结果表明:米用双重淬火和临界区淬火,可在830～960℃获得铁素体+纤维状或岛状马氏体双相组织;马氏体中的亚结构为位错型和孪晶型共存.纤维状双相组织由于两相界面较宽,具有更为理想的强塑性配合,可直接冷拔成钢丝.临界区淬火的双相钢冷拔成钢丝后,经300℃充分回火,在保持一定强度的同时,塑性得以进一步改善.     

Nb和Cr对冷轧低碳低硅双相钢组织性能的影响

研究了在不同双相处理工艺条件下加Nb(0.033%)和加Cr(0.44%)两种低碳低硅冷轧双相钢的组织演变规律和性能特点。分析了合金元素Cr和Nb对双相组织中马氏体体积分数、马氏体形态和铁素体晶粒尺寸的影响。结果表明,Nb的作用主要是通过NbC粒子的析出阻碍再结晶晶粒的长大,从而在同样较低温度热处理工艺条件下,加Nb双相钢中的铁素体晶粒较细。随着处理温度的升高,当相变先于再结晶发生时,NbC对细化晶粒的作用不明显,因而加Nb和加Cr钢具有相近的铁素体晶粒尺寸。Cr提高奥氏体形成温度,导致双相处理时奥氏体的体积分数以及淬火后马氏体的体积分数的减少。力学性能分析表明,在同样的双相处理条件下,加Nb钢具有较高的强度和较低的屈强比;而加Cr钢则表现出较好的塑性。     

冷变形对梯度结构316L不锈钢微观结构及力学性能的影响

对梯度结构316L不锈钢进行了不同变形量的冷轧制。利用X射线衍射和电子背散射衍射技术研究了轧制过程中钢的相组成和微观结构演变,揭示了结构演变引起的力学性能变化。结果表明,冷变形梯度结构316L不锈钢表面马氏体体积分数随变形量的增加而增加,晶粒在轧制过程中沿着轧制方向被均匀拉长并且细化,晶粒内产生大量的位错缠结、交割等亚结构。显微硬度逐渐提高并趋向于均匀化,拉伸强度得到显著提高,同时保持着良好的塑性。20%冷变形梯度结构316L不锈钢具有最优的强塑性能,其优异强度来源于轧制带来的晶粒细化、大量位错以及相变生成的马氏体相,而梯度结构协调粗细晶不均匀变形与马氏体相变的相变诱导塑性效应共同保证了其良好的塑性。     

技术讲座

<正>何谓双相钢,热轧双相钢组织控制特点是什么?双相钢是指低碳钢或低碳合金钢经过临界区热处理或控制轧制工艺而得到的主要由铁素体（F）+少量（体积分数<20%）马氏体（M）组成的高强度钢,也称马氏体双相钢,其组织特征是在延伸性好的铁素体基体上分布一定比例的强硬马氏体。双相钢具有良好的强塑性匹配和冷变形性能及综合机械性能。     

不同变形温度下稀土Ce改性2507超级双相不锈钢的微观组织演变

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等试验手段对不同温度(室温、高温)下变形后的稀土Ce改性2507超级双相不锈钢的微观组织演变进行了表征。结果表明:在不同温度的变形过程中,双相不锈钢中铁素体相比例明显增加,但其增加机理却不相同,热变形过程中奥氏体相向高温铁素体发生转变导致铁素体相含量增加,而冷变形过程中奥氏体相则发生形变诱导马氏体转变导致铁素体相含量增加。热变形过程中奥氏体发生动态再结晶,铁素体晶粒发生动态回复导致晶粒细化;而冷变形过程中奥氏体发生形变诱导马氏体转变和形变孪晶,铁素体晶粒则发生碎化而导致晶粒细化。     

高强度热轧双相钢分段相变行为及性能

研究了C-Mn-P-Cr成分设计热轧双相钢分段冷却过程的相变行为,分析了分段冷却工艺参数和卷取温度对铁素体和马氏体相变组织及性能的影响。结果表明,在分段冷却控制相变过程中,两段水冷间隔空冷开始温度和空冷时间影响铁素体转变体积分数、形态和晶粒尺寸,从而也影响残留亚稳奥氏体的体积分数和分布。卷取温度影响亚稳奥氏体的转变,进而也影响马氏体的自回火过程和铁素体的过时效过程。两段水冷间隔空冷温度宜控制在650~660℃,以促进多边形铁素体均匀充分转变。空冷开始温度降为630~640℃,则会出现针状铁素体。当650~660℃空冷时间从5 s延长到8 s,铁素体体积分数从65%增加到87%,且马氏体明显细化。卷取温度250~300℃时,铁素体马氏体两相界面处有约300 nm的较大碳化物颗粒,且马氏体内部有一定程度的回火,析出了少量的细小碳化物,会使得屈服强度偏高约80 MPa。采用150~200℃卷取可获得较为理想的双相组织和力学性能。     

金相组织对双相钢强度影响的研究

简要回顾了金相组织对双相钢强度的已有预测模型,通过试验研究提出影响双相钢力学性能的主要因素包括马氏体碳含量及各相元的体积分数、铁素体晶粒尺寸等因素,由此提出了一个新的双相钢强度的计算公式,能较好地模拟双相钢的力学性能.     

马氏体组织对SFPB处理双相钢表面纳米结构及力学性能的影响

目的 通过对不同微观组织铁素体/马氏体双相钢进行表面纳米化处理,探究材料表面晶粒细化和塑性变形机理。方法 采用超音速微粒轰击（SFPB）技术对经临界区退火（IA）、中间淬火（IQ）和分级淬火（SQ）后的双相钢进行纳米化处理,采用SEM、OM和XRD研究试验钢表面SFPB前后的微观组织特征,采用显微硬度仪测试其表面硬度,采用拉伸实验测试其力学性能。结果 热处理后,IA、IQ和SQ试样马氏体组织分别呈岛状、纤维状和块状,IQ试样平均晶粒尺寸最小,但马氏体体积分数最大。SFPB工艺处理后,双相钢表面形成了一定厚度的梯度纳米晶层（GNS）,该晶层内的晶粒尺寸均达到纳米级别,且随距离表面深度的增大而增大。IA-GNS、IQ-GNS和SQ-GNS试样表面硬度分别为285.9、266.7、382.1HV,抗拉强度分别为771.30、820.02、663.81 MPa,延伸率分别为8.89%、14.70%、10.04%。IQ-GNS试样断口以韧窝为主,SQ-GNS和IA-GNS试样断口韧窝较少,有明显裂纹开口。结论 表面产生强烈塑性变形时,由于位错的分割作用,表面晶粒尺寸细化至纳米级,材料强度大幅提高,同时纳米级纤维状马氏体微观组织的存在使得IQ-GNS试样保持了较高的塑韧性。     

Si含量对DP-600级别热轧双相钢组织及性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、纳米力学探针、透射电镜等技术对不同Si含量(0.03%和1.077%)的DP600级别热轧双相钢单向拉伸过程组织特征进行研究,分析了Si含量对相同工艺条件下双相钢显微组织特征,以及塑性变形过程中强化相与基体协调变形行为的影响。结果表明:Si作为一种铁素体形成元素,能够增加铁素体的形核率,具有细化铁素体晶粒的作用,可增加铁素体体积分数,分割并细化马氏体。Si含量的增加促进了C元素向马氏体富集,提升了单位体积马氏体的碳含量,使部分板条马氏体转变为孪晶马氏体,增加了马氏体硬度。由于Si对铁素体的净化作用,高Si实验钢中位错在铁素体中滑移时不易受到碳化物的钉扎作用。因此在相同工艺条件下,Si含量的增加可以提高双相钢的抗拉强度,提高硬度,降低屈强比。     

考虑几何必需位错非均匀分布的双相钢细观力学行为模拟

铁素体(F)-马氏体(M)双相钢在生产过程中由马氏体相变造成的铁素体内部的几何必需位错(GND)会保留在最终的材料组织中,而由GND非均匀分布导致的材料局部硬化效应使得铁素体晶粒内部的性能分布同样呈现非均匀特性.为了量化GND局部硬化效应对双相钢力学性能的影响,本文通过电子背散射衍射(EBSD)实验测定与数据分析确定了储存在双相钢微观组织中的GND分布特征,并进行了参数化处理.使用微观组织重构算法构建了具有F-M和F-F硬化层的双相钢代表性体积单元(RVE)模型,并对双相钢在拉伸变形下的细观力学行为进行了模拟,模拟结果显示的组织变形特征及得到的整体应力-应变曲线与实验结果基本相符.     

多晶材料细观力学建模与模拟软件的开发与应用

Thermal Prophet-RVE是最近自主开发的一款基于实际微观组织数据的多晶材料细观力学模拟软件。本文着重对其软件架构、基本功能及技术特点进行介绍,并模拟了铁素体/马氏体双相钢生产过程马氏体相变引起的变形和双相组织在拉伸载荷作用下的细观力学行为。结果表明,基于材料实际微观组织数据构建的微结构模型能够高度还原组织相组成以及晶粒之间的几何拓扑关系,由此建立的细观力学模型能够对多晶材料在复杂热力耦合作用下的变形行为以及整体力学性能进行可靠预测。     

热处理温度对纤维相强化Cu-12Ag合金组织性能的影响

通过冷变形拉拔结合中间热处理，制备了纤维相增强的Cu-12Ag(质量分数，％)合金，采用不同温度退火研究了合金导电性能和抗拉强度随显微组织变化的关系．合金双相纤维复合组织在200℃热处理时无明显变化，强度略有降低，硬度和导电性能略有升高；当热处理温度超过400℃时，纤维组织演变为晶粒沿变形方向排列的等轴组织，合金强度及硬度显著下降，电导率显著上升．在热处理过程中，如果再结晶晶粒仅局限于原纤维组织内部生长而使得整体组织仍能保持完整的纤维形态，则合金能够表现出良好的强度与导电性匹配．