节镍型奥氏体不锈钢组织性能及控制机理研究

节镍型奥氏体不锈钢生产中合理控制其C、N含量和Cr、Ni当量,使其冷加工硬化小,拉深成形性能优异,形变诱导马氏体量少,时效开裂风险小,室温下奥氏体组织稳定是其生产应用的关键技术难点。为此,研究了不同化学成分节镍型奥氏体不锈钢在热轧、退火、冷轧退火后的金相组织及力学性能,分析了奥氏体稳定性和冷轧形变诱导马氏体相变的控制规律。结果表明:试验钢在热轧后奥氏体组织呈未完全再结晶状态,退火后奥氏体组织再结晶充分,晶粒尺寸为12～14 μm,且低的碳含量有利于改善碳化物的析出情况;试验钢冷轧变形过程中马氏体转变受奥氏体稳定性的影响,即受M_d30/50温度控制及化学成分的影响,M_d30/50温度值越高,镍当量越小,奥氏体稳定性越差,形变诱导马氏体含量越高,冷轧变形抗力越大,在退火过程越容易发生马氏体向奥氏体的逆转变,形成晶粒尺寸呈“双峰”状分布的混晶组织。因此,化学成分设计是实现节镍型奥氏体不锈钢性能的基础;同时,将本试验钢冷轧退火温度从1 080 ℃提高到1 100 ℃,且降低退火工艺速度,以延长带钢在退火炉内的时间,使奥氏体晶粒充分长大,控制晶粒尺寸为8.0～9.0级,才能保证钢卷获得良好的使用性能。     

不同奥氏体不锈钢冷加工强化后硫化氢腐蚀性能的研究

通过对最常用的两种奥氏体不锈钢0Cr18Ni9Ti 和00Cr17Ni13Mo2的硫化氢应力开裂(SSC)性能研究,发现和证实了影响奥氏体不锈钢 SSC 稳定性的决定因素是材料的组织稳定性。奥氏体组织不稳定的0Cr18Ni9Ti 钢,即使经少量的冷加工,并且其硬度小于 HRC 22时,亦能使部分奥氏体转化成为对 SSC 敏感的马氏体,从而变得对 SSC 敏感。而组织稳定的00Cr17Ni13Mo2钢,即使经高达60%的冷加工后,其抗拉强度高达150kg/mm~2,硬度达 HRC44 时,应力应变仍不能使其奥氏体组织转化成马氏体,从而保持它对 SSC 的稳定性。也就是说,只要适当地设计合金成份,保持组织的稳定性,控制 M_d 点在形变和使用温度以下,冷加工强化仍可作为硫化氢环境中使用的奥氏体不锈钢的最有效的强化方法。机械设备采用这种钢材制造加工成型后,不必进行化费巨大的固溶热处理或高温消应力热处理。     

奥氏体化温度对高强00Cr9Ni9Co5Mo3钢力学性能的影响

研究了奥氏体化温度对00Cr9Ni9Co5Mo3钢力学性能的影响。结果表明,低于850℃进行固溶处理,钢中马氏体通过α′→γ的无扩散相变形成的逆变奥氏体,继承了锻造组织中的高密度位错,随后的快速冷却过程中形成高强度马氏体钢。此外,奥氏体中的高密度位错增加了马氏体的相变抗性和残余奥氏体的含量,使得马氏体时效钢具有优异的低温韧性。750℃固溶处理后,钢抗拉强度可达1 380 MPa,低温冲击吸收功为60 J。     

PHASE TRANSFORMATION AND MECHANICAL PROPERTIES OF MARAGING STAINLESS STEELS

研究了两种成分的马氏体时效不锈钢。测定了钢中回火奥氏体含量与回火温度、回火时间、淬火温度的关系.两种钢经850℃淬火后回火,奥氏体含量随回火温度升高开始增加随后又下降,在610℃左右达到峰值约24％。奥氏体含量随回火时间的延长而增加,是一扩散控制过程。奥氏体含量与淬火温度有明显关系。在同一温度(580℃)回火,奥氏体含量与淬火温度之间存在最低值:两种钢各在1000℃和950℃淬火后回火,其奥氏体含量下降至零值附近。 测定了不同淬火温度、回火温度、回火时间对钢中微观应变△a/a的影响。经不同热处理后,△a/a的变化与马氏体二奥氏体相变过程有关。分析了钢的组织与力学性能之间的关系。回火奥氏体的存在使强度下降,估计10％的奥氏体使强度损失约10kg/mm~2。但较软的回火奥氏体沿板条状马氏体边界形成改善钢的韧性,使冲击韧性a_K提高。从钢的强度和韧性的配合考虑,采用适当的回火处理以产生5—10％稳定的回火奥氏体是可取的。     

65MnCr耐磨钢的连续冷却转变和组织性能

设计了一种新型65MnCr耐磨钢,并对其CCT曲线进行测定,研究该钢不同冷速下的组织变化及热处理后的组织性能.结果表明,65MnCr钢的临界冷却速度在1～3℃/s之间,Ms点184℃,具有很高的淬透性,完全淬透后,马氏体硬度达64 HRC,淬硬性好.φ130 wn柱状试样经水淬+自回火后,冲击吸收能量在15 J以上,从表面至心部,硬度分布均匀,均在48 HRC以上,组织依次为回火马氏体、马氏体+块状(马氏体+奥氏体)组织、马氏体+粒状贝氏体+块状(马氏体+奥氏体)组织,是一种理想的可供大尺寸构件用耐磨材料.     

两种马氏体时效不锈钢的相变和力学性能

研究了两种成分的马氏体时效不锈钢。测定了钢中回火奥氏体含量与回火温度、回火时间、淬火温度的关系.两种钢经850℃淬火后回火,奥氏体含量随回火温度升高开始增加随后又下降,在610℃左右达到峰值约24%。奥氏体含量随回火时间的延长而增加,是一扩散控制过程。奥氏体含量与淬火温度有明显关系。在同一温度(580℃)回火,奥氏体含量与淬火温度之间存在最低值:两种钢各在1000℃和950℃淬火后回火,其奥氏体含量下降至零值附近。测定了不同淬火温度、回火温度、回火时间对钢中微观应变△a/a的影响。经不同热处理后,△a/a的变化与马氏体二奥氏体相变过程有关。分析了钢的组织与力学性能之间的关系。回火奥氏体的存在使强度下降,估计10%的奥氏体使强度损失约10kg/mm~2。但较软的回火奥氏体沿板条状马氏体边界形成改善钢的韧性,使冲击韧性a_K提高。从钢的强度和韧性的配合考虑,采用适当的回火处理以产生5—10%稳定的回火奥氏体是可取的。     

高强韧性耐磨钢板NM500的开发与应用

研究了V、Nb-Mo两种不同成分体系试验钢轧制过程中奥氏体组织演变,并分析了不同冷却速度对两种钢的组织性能影响规律,研究了不同回火温度和再加热温度工艺对两种试验钢组织和性能的影响,并且在莱钢宽厚板厂轧机上进行了新一代高强韧性耐磨钢板的工业试制。结果表明:Nb-Mo钢奥氏体晶粒的平均尺寸明显小于V钢,扁平化程度更高,淬火后冷却速率大于10℃/s可以获得理想的板条马氏体组织。在批量生产过程中钢板硬度、低温韧性和强度均达到项目目标要求,-40℃冲击吸收能量均达到50 J以上,研究表明回火态钢板可获得更加优良的综合性能。     

软化退火提高不锈钢深冲制品成材率的研究

论述了某单位在制造不锈钢深冲制品中产品发生开裂的原因。深冲过程产生的冷加工硬化诱变产生的马氏体相变导致材料塑性性能和成型性能恶化是产品开裂报废的重要原因。增加一道适当的中间退火工艺促使马氏体到奥氏体的转变是恢复材料塑性，提高深冲制品成材率的重要手段。     

直接Q&P处理超高强钢的组织与力学性能

为了改善超高强钢的塑韧性,采用轧后直接淬火到马氏体区等温配分的工艺,研究配分时间对中碳低合金超高强钢组织和力学性能的影响规律。结果表明:在260℃等温配分处理,钢的组织包括初生马氏体、新生马氏体和残留奥氏体,在等温过程中还有碳化物析出和等温马氏体形成。在等温配分过程中,碳由马氏体向奥氏体扩散处于主导地位,残留奥氏体含量不断增加,新生马氏体量减少,塑性和韧性提高。等温配分后期,由于碳化物不断析出消耗碳原子,导致扩散到奥氏体中的碳原子减少,残留奥氏体体积分数增加缓慢。析出相粒子在等温过程中没有明显长大,起到了抵抗马氏体软化的作用。等温60 min具有良好的强度和塑韧性能,抗拉强度1546 MPa、伸长率为15.3%,-20℃冲击功为27.5 J。     

奥氏体不锈钢的焊接

奥氏体不锈钢的概念不锈钢种类很多,其中有马氏体、铁素体和奥氏体。当铬含量为18%,再加入8%的镍,这种钢便获得奥氏体组织。奥氏体钢可贵的是具有高的塑性,良好的可焊性和冲压性以及在冷变形下具有高的机械性能。这种钢在水中淬火之后塑性很高,并且比淬火前更软。这些钢不仅用牌号表示,而且还用简单的两个数字“18—8”来表示。头一个代表铬的含量,后者代表镍的含量。这种钢具有非磁性。     

1 200 MPa级热轧超高强钢组织及性能

针对超高强钢的开发,介绍了马钢 1 200 MPa级超高强的化学成分设计及生产工艺。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子拉伸试验机、布氏硬度计以及湿式橡胶轮试验机等,研究了免热处理1 200 MPa级热轧超高强钢的组织及力学性能、冷弯性能、表面布氏硬度和耐磨性能。结果表明,1 200 MPa级热轧超高强钢的显微组织为马氏体+铁素体,马氏体体积分数为70%~75%,铁素体体积分数为25%~30%;其 R_p0.2≥800 MPa, R_m≥1 200 MPa, R_p0.2/R_m≤0.70, A₅₀≥15%,表面布氏硬度不小于350HBW;90°冷弯,D=2a合格,具有高强度、高硬度、易成形的特点;同时,1 200 MPa热轧高强钢的耐磨性优异,其耐磨性分别是500、800 MPa级高强钢的2.05~2.1倍、1.38~1.39倍。     

基于22MnB5钢的铌钒微合金化热成形钢的研发

基于现有热成形零件冷弯性能不足、氢脆敏感性强等共性技术问题,在22MnB5钢的基础上采用Nb、V微合金化的设计思路,对试验钢的显微组织、淬透性和极限尖冷弯性能进行研究。结果表明:微合金化前后22MnB5热成形钢的显微组织均为全马氏体,但是微合金化后的试验钢组织更为细小;Nb-V微合金化能有效提高22MnB5热成形钢的淬透性,其淬硬层深度达到13～14 mm,并且试验钢的极限尖冷弯角达到58°～72°,进一步拓宽了热冲压成形的工艺窗口。综合分析试验钢微观组织、淬透性能及极限尖冷弯性能的检测结果,添加0.04%Nb和0.04%V实现复合微合金化,提升材料的综合强塑性,满足了高冷弯性能汽车零部件用材需求。     

1300?MPa级低合金高强钢SH-CCT曲线及冷裂敏感性分析

采用Formastor-FⅡ全自动相变仪测定了1300 MPa级低合金高强钢的奥氏体化相变温度,结合光学显微镜与维氏硬度计等设备研究了800 ~ 500 ℃冷却时间(t_8/5)对1300 MPa级低合金高强钢粗晶热影响区组织和硬度变化的影响规律. 结果表明,当t_8/5为3 ~ 60 s时,1300 MPa级低合金高强钢粗晶热影响区组织均由板条马氏体组成,硬度值为438 ~ 454 HV5;随着冷却时间延长,粗晶区出现贝氏体类组织,当t_8/5为150 s时,粗晶区为板条马氏体/贝氏体混合组织,硬度平均值为413 HV5;当t_8/5为300 ~ 600 s时,粗晶区为板条贝氏体和粒状贝氏体混合组织,硬度值为341 ~ 381 HV5;当t_8/5＞600 s时,粗晶区组织主要为粒状贝氏体,硬度值为269 ~ 322 HV5. 冷裂敏感性评价结果表明,该试验钢碳当量C_E(IIW)和C_EN均大于0.5%,具有一定的冷裂倾向,需焊前预热,焊后热处理或保温缓冷等措施,避免焊接冷裂纹的形成.     

1000MPa级冷轧热镀锌双相钢的研发

介绍了实验室内开发的1000MPa级冷轧热镀锌双相钢的化学成分、热镀锌退火工艺及其室温组织和力学性能。实验表明,实验用钢的Ac_1、Ac_3、Ms点分别为725、850、390℃,经退火温度为820℃、保温时间为80s的热镀锌退火后,室温组织为典型的铁素体+马氏体组织,抗拉强度可达1014MPa,伸长率达13.7%。     

Heating rate effects during non-isothermal annealing of AIK steel

The effects of heating rate on microstructural size and shape parameters during annealing of cold rolled aluminum killed steel strips have been examined under non-isothermal condition. It is shown that decrease in the heating rate results in accelerated grain growth behavior compared with the prediction by quasi-isothermal based kinetics. The {111} and {112} crystallographic orientations, which enhance the normal anisotropy and deep drawability of cold rolled annealed sheets, are found to exhibit a strong correlation with the grain shape anisotropy. This grain shape anisotropy itself is strongly dependent on heating rates. Lower heating rates result in higher aspect ratios and thus better drawability of the cold rolled sheets. A Hall-Petch type relationship is observed between grain size and hardness of the annealed samples.     

高强高韧钢Q960E的生产工艺

采用中低碳微量添加Nb、V、Cr、Mo、Cu、Ni等合金元素成分设计思路,通过对Q960E钢板相变点、静态CCT曲线测定,详细研究钢板淬火后经不同回火工艺的微观组织和力学性能。结果表明:当冷速为0.1～1 ℃/s时,组织主要为铁素体+粒状贝氏体,随冷却速度增加,铁素体转变受到抑制,逐渐向贝氏体和马氏体转变,当冷速大于10 ℃/s时,组织全部为马氏体。淬火钢板经150、180、210 ℃回火后,随回火温度升高,强度不断下降,塑性增加,韧性呈先升后降,180 ℃回火时综合性能最佳匹配,屈服强度1050 MPa、抗拉强度1140 MPa、断后伸长率11.0%、-40 ℃KV₂单值60 J以上。     

回火温度对Q890高强钢组织和性能的影响

研究了回火温度对经一定温度淬火后的Q890高强度钢组织和力学性能的影响。结果表明,从920℃淬火并于200～700℃回火时,随着回火温度的升高,Q890钢的淬火马氏体逐渐转变为回火马氏体、回火托氏体及回火索氏体,硬度总体呈下降趋势;600℃回火后,Q890钢的组织主要为回火托氏体,硬度为35HRC。此外,经从920℃淬火和600℃回火的5～25mm厚Q890钢板的屈服强度均大于900MPa,-40℃的冲击韧度均大于45J。     

冷轧对M50钢马氏体/贝氏体复相组织与力学性能的影响

利用X射线衍射仪(XRD) 、扫描电镜(SEM) 、透射电镜(TEM)、室温拉伸和冲击性能测试研究了冷轧对M50钢马氏体/贝氏体(M/B)复相组织和性能的影响。结果表明:20%冷轧变形量的试样经等温淬火后具有最佳的抗拉强度(2535.7 MPa)和冲击性能(96.93 J),相比变形量为0%的试样,冲击吸收能量提高了约21%,抗拉强度提高了约5%。当变形量小于20%时,随着变形量的增加,M/B复相组织逐渐细化且在20%的冷轧变形量下组织最细;当变形量大于20%时,随着变形量的增加,贝氏体束减少,其对马氏体板条的分割作用减弱,导致组织呈现一定的粗化。     

微合金化2000 MPa热成形钢的析出相热力学计算与强韧性

通过热力学计算软件Thermo-Calc计算了2000 MPa热成形钢的平衡相图、各相的析出温度、相中的元素含量、碳化物在不同温度下的长大规律以及不同Nb、V含量对其碳化物析出温度和析出量的影响规律。选定特定成分,利用50 kg真空炉进行了熔炼,并进行热轧和冷轧,利用平板模具淬火的方式模拟热成形工艺并进行了力学性能检测和三点弯曲性能检测。利用场发射扫描电镜和EBSD对组织进行了表征。结果表明,Nb、V微合金化2000 MPa热成形钢中的碳化物主要有NbC和VC,析出温度分别在1150 ℃以上及880 ℃以上,且其析出温度分别随着Nb和V含量的升高而升高。平板模具淬火后热成形钢板的抗拉强度超过2000 MPa,伸长率超过8%,拉伸断口为韧性断口,且三点弯曲角度超过66°。SEM和EBSD的结果表明,马氏体组织由马氏体束(packet)、马氏体块(block)和马氏体板条(lath)组成,原奥氏体晶粒约为10 μm,且马氏体块的尺寸<5 μm,马氏体块内部由马氏体板条组成,马氏体板条间为不连续的小角度晶界,晶界的取向差大部分小于5°。细小的原奥氏体晶粒和马氏体块组织是微合金化2000 MPa热成形钢具有高强度、高塑韧性的主要原因。