Cu配分时间对I&Q&P处理钢组织性能影响

通过IQ(两相区退火+淬火)和IQP(两相区退火+淬火+配分)热处理工艺,采用EPMA、SEM和XRD等手段,研究含Cu低碳钢Cu配分行为及不同配分时间对组织性能的影响。结果表明,在双相区保温过程中,试验钢的C、Cu和Mn三种元素均从铁素体向奥氏体中配分,且Cu元素配分效果明显。经IQP工艺处理的钢的组织是板条马氏体和残余奥氏体,随着Cu配分时间增加,原始晶粒尺寸变大,马氏体组织变大、板条变粗。随着Cu配分时间增加,钢的抗拉强度逐渐减小,伸长率先增加后减小。残余奥氏体体积分数的变化趋势和伸长率的变化趋势基本一致,在配分时间为40 min时,残余奥氏体体积分数和伸长率达到最大值,此时材料综合力学性能最佳,抗拉强度为1076 MPa,强塑积达到26254.4 MPa·%。     

I&Q&P工艺下碳配分时间对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢性能和组织的影响

采用场发扫描电镜和X射线衍射仪研究了IQP工艺中合金元素配分后不同碳配分时间对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢组织演变、力学性能和残余奥氏体含量的影响。结果表明:实验用钢经双相区保温后,合金元素Cu、Mn有明显的配分效果;与QP处理相比,IQP处理钢抗拉强度虽略有下降,但强塑积提高了6 517MPa·%;在双相区Cu、Mn元素配分后,随着碳配分时间的不断增加,马氏体板条缠结减少且逐渐变的条理清晰,随后出现回火马氏体,并有渗碳体的析出,钢的抗拉强度逐渐减小,伸长率则先增大而后减小,配分时间到90s时,强塑积达到最大为25 861MPa·%;在不同的配分时间下,钢的伸长率变化趋势与残余奥氏体含量的变化趋势基本一致。     

含Cu低碳钢I&Q&P工艺处理后的组织与性能

对一种含Cu低碳硅锰钢分别采用IQ、QP和IQP热处理工艺,研究双相区Cu配分行为并分析其对马氏体组织形貌、残留奥氏体及力学性能的影响。结果表明,试验钢经IQ工艺处理,在双相区保温时Cu元素从铁素体向奥氏体中配分,Cu配分明显,并且不影响C和Mn的配分效果。试验钢经IQP工艺处理后,组织基本为板条马氏体,且马氏体板条清晰,部分板条有断裂的现象。与经QP工艺处理相比,试验钢经IQP工艺处理后残留奥氏体体积分数显著提高,从9.6%提高到了13.2%。对比QP工艺,试验钢经IQP工艺处理后,抗拉强度有一定降低,但伸长率大大提高,强塑积达到27 GPa·%。     

两相区温度对中锰钢IQ&P处理后组织和力学性能的影响

利用SEM和室温拉伸试验,研究了两相区温度对IQ&P处理0.1C-7Mn钢组织和力学性能的影响。结果表明,随两相区温度升高,试样的力学性能先升高后降低,两相区温度为660 ℃时,试样的力学性能最优,得到最高强塑积21.2 GPa·%。在较高和较低的两相区温度下进行IQ&P处理时,残留奥氏体由于稳定性过高均不会发生马氏体相变。除此之外,两相区温度为660 ℃时,试样的拉伸曲线存在明显的屈服平台,温度升高后,屈服平台消失。     

低碳钢IQ&P工艺下元素配分行为及对组织性能影响

采用双相区再加热-淬火-碳配分(IQP)工艺,研究了双相区不同等温时间下低碳钢中元素配分行为,并分析其对组织形貌、残余奥氏体及力学性能的影响。结果表明:在IQP工艺中,在750℃随等温时间的延长,Mn元素向逆转奥氏体内富集现象逐渐明显,等温时间超过300s后,C元素在两相之间的配分效果不随时间的延长而改变;在750℃等温处理过程中,原奥氏体晶界生成块状逆转奥氏体,马氏体板条界间生成针状逆转奥氏体;随等温时间的延长,钢的最终组织中针状铁素体体积分数不断减小,而块状及针状马氏体体积分数不断增大,同样残余奥氏体体积分数也不断增大;在C、Mn元素的综合作用下,钢的抗拉强度不断增大,断后伸长率先减小而后增大,等温1800s时,钢的强塑积达到最大值21GPa%。     

I&Q&P下双相区配分温度对含铜低碳钢组织性能影响

采用场发扫描电镜、X射线衍射仪和电子探针研究了双相区合金元素不同配分温度对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢的组织性能和残留奥氏体含量的影响。结果表明：试验钢在双相区配分后,C、Cu和Mn元素均出现明显的配分效果,且Cu、Mn元素配分作用有利于盐浴分级淬火C配分进行,保留更多残留奥氏体提高塑性;I&Q&P工艺处理得到马氏体和残留奥氏体组织,随着双相区配分温度提高原奥氏体晶粒尺寸变大,马氏体板条变粗,位向增多;随着配分温度的提高,试验钢的抗拉强度提高,伸长率逐渐下降,残留奥氏体含量的变化趋势与伸长率基本一致,在780 ℃时强塑积最大为26 GPa·%,此时残留奥氏体体积分数为14.7%,伸长率为24.4%,综合力学性能最佳。     

I&Q&P下双相区配分温度对含铜低碳钢组织与性能的影响

采用场发扫描电镜、X射线衍射仪和电子探针研究了双相区合金元素不同配分温度对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢的组织性能和残留奥氏体含量的影响。结果表明:试验钢在双相区配分后,C、Cu和Mn元素均出现明显的配分效果,且Cu、Mn元素配分作用有利于盐浴分级淬火C配分进行,保留更多残留奥氏体提高塑性;IQP工艺处理得到马氏体和残留奥氏体组织,随着双相区配分温度提高原奥氏体晶粒尺寸变大,马氏体板条变粗,位向增多;随着配分温度的提高,试验钢的抗拉强度提高,伸长率逐渐下降,残留奥氏体含量的变化趋势与伸长率基本一致,在780℃时强塑积最大为26 GPa·%,此时残留奥氏体体积分数为14.7%,伸长率为24.4%,综合力学性能最佳。     

I&Q&P工艺预先Mn配分处理低碳硅锰钢的组织与性能

通过IQP处理工艺,采用SEM、XRD和拉伸试验手段,研究了低碳硅锰钢C-Si-Mn中Mn元素的配分行为及其配分工艺参数对IQP处理试验钢组织与性能的影响。结果表明:经IQP工艺处理,试验钢室温组织为板条状马氏体和残留奥氏体。随配分时间延长或配分温度的升高,试验钢的抗拉强度总体呈降低趋势,残留奥氏体含量均先增加后减小,伸长率与残留奥氏体量的变化趋势基本一致。800℃等温30 min,试验钢中残留奥氏体含量及伸长率最大,分别为10.02%,24.25%,该参数下的综合性能最佳。     

Fe-C-Mn-Cu钢I&Q处理中Cu元素的配分行为

对一种含Cu低碳硅锰钢进行双相区保温淬火(IQ)热处理工艺,采用电子探针和扫描电镜研究其双相区元素配分规律和元素配分对马氏体形貌的影响。结果表明,在800℃的双相区,C、Mn、Cu分别从铁素体向奥氏体中配分,Cu配分效果明显,并且不影响C、Mn配分效果。随着保温时间的延长,高Cu区域的面积和钢中Cu的最高浓度均呈增长趋势,在2400 s时达到化学势平衡状态。马氏体体积分数随着保温时间的延长逐渐增加至饱和,马氏体从块状向板条状转变。     

不同配分机制对含Cu低碳钢组织性能的影响

采用IPQ、QP和IQP热处理工艺,研究不同配分机制对含Cu低碳高强钢组织性能的影响规律。结果表明,实验钢经IPQ处理后,Cu、Mn配分使得马氏体板条粗大,板条形貌模糊,板条间含有大量块状马氏体,抗拉强度较高,伸长率和强塑积较低;经QP工艺中C配分处理,得到的马氏体板条较致密,板条形貌较清晰,存在少量的块状马氏体,其抗拉强度略微降低,伸长率升高,强塑积提高;经IQP工艺处理,由于C、Cu、Mn等3种元素配分的综合作用,马氏体板条清晰,只存在极少量的块状马氏体,部分马氏体板条断裂,其残余奥氏体量达12.4%,强塑积达到27 213MPa·%,综合力学性能最佳。     

临界退火冷却方式对含铌中锰钢奥氏体稳定性和力学性能的影响

针对含铌中锰钢进行了不同退火温度(700、750和800 ℃)和不同冷却方式(空冷、水冷)下的临界退火试验。结果表明,随着临界退火温度的升高,强塑积和残留奥氏体含量呈现先升高再降低的趋势。在750 ℃临界退火水冷后,试验钢的力学性能最佳,屈服强度达到750 MPa,抗拉强度为1820 MPa,断后伸长率为13.9%。随着临界退火温度升高,试验钢中渗碳体逐渐溶解,基体中C和Mn含量增多,在保温过程中配分进入奥氏体的C和Mn含量增多,导致奥氏体更稳定,残留奥氏体含量增多。当临界退火温度进一步升高,保温时奥氏体含量的增多导致配分进入奥氏体的C和Mn浓度降低,导致奥氏体稳定性降低,在冷却过程中形成大量马氏体。马氏体的增多和大尺寸团簇状(Nb,Mo)C的析出导致800 ℃临界退火后试验钢的高强度和低塑性。在相同临界退火温度下,水冷和空冷后试验钢的相组成相同。在800 ℃临界退火时,两种冷却方式对残留奥氏体含量和力学性能引起的差异最为明显,这与空冷过程中C和Mn向奥氏体配分更充分有关。     

配分温度对0.2C-2.96Mn-1.73Si钢组织和力学性能的影响

对0.2C-2.96Mn-1.73Si钢进行IQP(Intercritical heating quenching and partitioning)处理,获得超细化铁素体、马氏体和残留奥氏体多相组织。采用SEM、XRD和拉伸试验机研究了配分温度对试验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,随配分温度的升高,试验钢的抗拉强度逐渐下降,屈服强度和伸长率均先增大后减小。试验钢中残留奥氏体含量随配分温度的升高呈先增加后降低的趋势。配分温度为400 ℃时,残留奥氏体的含量最高,TRIP效应能够提供持久的加工硬化,试验钢获得了最高的均匀变形能力,抗拉强度为1444 MPa,伸长率为20.13%,强塑积达到29 GPa·%,综合力学性能最佳。     

压下率对两相区温轧淬火配分中锰钢组织性能的影响

采用SEM、TEM、XRD、室温拉伸等手段,研究了0.1C-7.2Mn钢两相区温轧淬火配分处理钢的组织形貌、碳化物析出、残留奥氏体体积分数及其中的C含量及力学性能。结果表明,随着温轧压下率的增大,两相区温轧淬火配分处理后试样的马氏体板条得到细化并逐渐平行于轧制方向;两相区温轧淬火配分处理后试样的显微组织由马氏体和残留奥氏体组成,并且有碳化物析出;随着温轧压下率的增大,碳化物的平均尺寸粗化,残留奥氏体的体积分数逐渐升高,并且残留奥氏体中的C含量先升高后降低,屈服强度和抗拉强度均先升高后降低,伸长率先降低后升高。当温轧压下率为80%时,强塑积达到最高31.50 GPa·%。     

配分时间对低碳热轧F-Q&P钢组织和性能的影响

采用二辊可逆轧机,研究了弛豫-淬火配分(F-Q&P)工艺中配分时间对试验钢组织及力学性能的影响。研究表明,在弛豫-淬火配分(F-Q&P)工艺下,试验钢的组织主要以多边形铁素体、板条马氏体和残留奥氏体组成;当配分时间延长,试验钢的强度降低,屈强比先降低后升高,伸长率增加,加工硬化指数n值和残留奥氏体含量先增加后下降。进行60 s配分后,试验钢有最低的屈强比和最高的n值,分别为0.62和0.12,抗拉强度和伸长率分别为1090 MPa和19.0%, 力学性能最佳。     

临界区回火温度对Fe-4Mn-1.2Cr-0.3Cu-0.6Ni中锰钢微观组织和力学性能的影响

研究了临界区回火温度对Fe-4Mn-1.2Cr-0.3Cu-0.6Ni中锰钢组织与力学性能的影响。通过热轧后直接淬火+临界区回火的工艺制备试验钢。采用光学显微镜(OM)、电子探针显微分析仪(EPMA)的扫描功能、透射电镜(TEM)、拉伸试验及冲击试验等对轧后淬火态和回火态试验钢的显微组织及力学性能进行了表征。结果表明,试验钢热轧后淬火可获得较高位错密度的板条马氏体,经过临界区回火后获得在回火马氏体基体上分布残留奥氏体的复合组织。随着临界区回火温度的升高,试验钢的抗拉强度呈升高趋势,而屈服强度先下降后增加,伸长率的变化趋势与试验钢中的残留奥氏体含量相关,冲击性能随临界区回火温度的升高呈先升高后降低的趋势。630 ℃回火后试验钢的拉伸性能最佳,650 ℃回火后试验钢的冲击性能最佳,确定最佳临界区回火温度区间为630~650 ℃。     

两相区回火温度对含7%锰Q690钢组织和性能的影响

采用SEM、XRD、TEM和Thermo-Calc软件计算等手段研究了两相区回火温度对0.02C-7Mn钢的组织和性能变化的影响。结果表明,淬火后试验钢组织以淬火马氏体为主,伴有极少量的残留奥氏体;两相区回火后,基体组织以回火马氏体为主,出现逆转变奥氏体,空冷后转变为残留奥氏体。随着回火温度的升高,残留奥氏体的含量逐渐增加,在650 ℃回火后到达峰值为18.78%;与此同时出现了6.57%的ε-马氏体。两相区回火后,试验钢的抗拉强度均有下降,但是屈服强度有不同程度的升高,这归因于回火过程中位错密度的下降以及弥散第二相的析出。另外,ε-马氏体的存在不仅迅速降低了屈服强度,而且还损害了韧性。在600 ℃回火后,试验钢具有优异的综合力学性能(横向:抗拉强度为984 MPa、屈服强度为973 MPa,-40 ℃冲击吸收能量为163 J,纵向:抗拉强度为947 MPa、屈服强度为919 MPa,-40 ℃冲击吸收能量为186 J),满足Q690用钢的力学性能需求。     

Effect of Intercritical Annealing Time on the Microstructures and Tensile Properties of a High Strength TRIP Steel

A new Mn–Si–Al–Mo–Nb transformation-induced plasticity steel was annealed by intercritical annealing for different durations to investigate the partitioning of C element and the volume fraction change of the microstructural constituents. Direct experimental evidence confirms the partitioning of C elements in different phases during heat treatment by Electron probe microanalysis and X ray diffraction. The distribution of the precipitates was investigated as well. It was revealed that the microstructures and mechanical properties of the investigated steels were affected by the intercritical annealing time. According to the present experiment, the volume fraction of retained austenite and the product of tensile strength and total elongation of investigated steel decrease with increasing intercritical annealing time. It was observed that high tensile strength of 1,103 MPa, total elongation of 21.3%, and strength-ductility product of 23,493.9 MPa % could be successfully produced in this experimental steel at intercritical annealing temperature of 830 °C, holding for 1 min, and isothermal bainite treatment of 440 °C for 5 min holding time.     

Quasi-Situ Characterization of Deformation in Low-Carbon Steel with Equiaxed and Lamellar Microstructure Treated by the Quenching and Partitioning Process

The relationship between microstructure morphology and mechanical properties of the low-carbon steel (Fe-0.20C-2.59Mn-2.13Si) treated by different intercritical annealed quenching and partitioning (Q&P) processes was investigated through interrupted tensile tests plus quasi-situ electron backscatter diffraction measurements. Results show that size and distribution of retained austenite (RA) directly affect the sequence of deformation induced martensitic transformation. As strain increases, the equiaxed RA grains wrapped by ferrite transform first, followed by the equiaxed and film-like RA grains adjacent to martensite. Compared with traditional intercritical annealed Q&P steel with equiaxed structure, the steel with quenching pretreatment contains uniform lamellar structure and the relatively film-like type of RA, leading to the higher yield strength, tensile strength, and elongation, as well as the steady increase in dislocation density upon straining.     

配分时间对Q&P钢组织及性能的影响

在传统C-Mn-Si钢的基础上,采用在线热处理,并通过光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验等对一步淬火配分处理后试验钢的微观组织及力学性能进行了研究,且讨论了配分时间对材料组织性能的影响。结果表明:试验钢组织由板条马氏体和残留奥氏体组成,随着配分时间的增加,也有少量贝氏体生成,残留奥氏体含量先上升后下降,马氏体的板条组织逐渐模糊并软化;抗拉强度和屈服强度都逐渐降低,伸长率先升高后降低。配分30 s时综合性能最佳,抗拉强度为989 MPa,伸长率为23.5%,强塑积达到23.24 GPa·%。