新型热成形-淬火-碳分配工艺

变形与相变和碳分配相结合,即钢在奥氏体区变形以细化晶粒、获得高强度,在淬火过程中钢发生相变和碳分配,可实现对硬相马氏体和软相残留奥氏体的调控,是一种新型热成形-淬火-碳分配工艺。这一工艺方法可使钢获得纳米级位错型马氏体和残留奥氏体的复合组织,在不损害钢的强度的前提下,提高其力学性能。     

非等温碳分配条件下的热轧DQ&P工艺研究

为满足汽车轻量化的发展要求, 先进高强度钢已成为研究热点, 近年来以淬火-分配(Q&P)理念为基础的工艺研究备受关注。本文将Q&P理念引入热轧工艺过程中, 并进行了实验研究, 即采用直接淬火（DQ）工艺结合非等温条件下碳分配处理(碳分配过程在模拟卷取过程中进行)。实验结果表明: 实验钢组织由马氏体、残余奥氏体及少量铁素体组成。当卷取温度为350 ℃时, 实验钢组织中残余奥氏体体积分数较高, 达到11.5%, 同时抗拉强度达到1 370 MPa, 伸长率为14.20%, 强塑积为19.5 GPa·%。进行TEM观察, 发现马氏体板条束之间存在以薄膜状形态分布的残余奥氏体。     

碳的梯度扩散分配对硅锰钢显微组织与力学性能的影响

利用碳在马氏体与奥氏体之间的扩散分配实现钢的组织结构与力学性能调控,是近年来钢铁材料领域的重要研究方向。基于碳的完全均匀分配,Speer提出了淬火-分配（Q-P）热处理工艺,本文总结了近年Q-P工艺碳分配机理研究和工艺实践。同时,根据碳在奥氏体和马氏体中的扩散分配过程分析,提出了碳的梯度扩散分配与控制理念,并开发出了分级-淬火-分配（S-Q-P）工艺,希望能获得低碳马氏体、残留奥氏体、高碳马氏体相间分布的组织。对35SiMn钢分别进行淬火-回火（Q-T）、Q-P及S-Q-P工艺试验,并测量力学性能及观察显微组织。结果表明,S-Q-P工艺处理后钢的强塑性积达到31.2 GPa%（1240 MPa×25%）,比传统Q-T和现行Q-P工艺分别提高67%和32%,其显微组织也接近于工艺设计的理想组织,证明了利用碳的梯度扩散分配可以实现对钢的组织与性能的调控。     

含Cu低碳钢马氏体相变原位观察

以一种含Cu低碳钢为研究对象,利用高温激光共聚焦显微镜对IQP(两相区加热奥氏体化+淬火+碳配分)工艺处理的钢的马氏体相变过程进行了原位观察。采用扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等手段对其组织演变进行了表征。结果表明:在加热过程中,奥氏体在珠光体、渗碳体界面和铁素体晶界及晶内同时形核;在淬火过程中马氏体优先在奥氏体晶界及晶内位错缠结处形核长大,新生马氏体在先形核马氏体板条上形核并与其呈一定取向关系生长;合金元素由铁素体向奥氏体配分导致淬火后组织残留更多的奥氏体,化学势驱动C原子由马氏体向未转变奥氏体中配分使残余奥氏体稳定性提高,两者协同作用促使IQP处理后的试验钢获得更多的残余奥氏体。     

淬火温度及残余奥氏体对2200MPa级超高强度钢力学性能的影响

比较了含1.90%Ni和4.92%Ni中碳Cr-Ni-Mo系超高强度钢不同淬火温度低温回火后的力学性能,分析了淬火温度、残余奥氏体量对力学性能的影响。结果表明,900℃淬火200℃回火后试验钢的抗拉强度、伸长率和-40℃冲击吸收功分别大于2200MPa、10%和10J。随着淬火温度的提高,抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率先缓慢提高到最大值后开始缓慢下降。4.92%Ni试验钢中大量残余奥氏体导致其屈服强度和屈强比降低、应变硬化指数增大,在拉伸过程中残余奥氏体应变诱导马氏体相变和相变诱发塑性(TRIP),伸长率、静力韧度和塑性变形能均有明显提高。     

钢热处理的新工艺

钢经热处理后保存残余奥氏体可以改善钢件的塑性和韧性。在20世纪,我们在热处理中应用奥氏体热稳定化,有效地减小淬火（高速钢回火）时钢件的畸变。本文介绍Speer等近年来发展的钢热处理新工艺-淬火和分配（Q＆P）处理,即含Si或Al的Q—P钢经淬火至Ms—Mf间一定的温度（QT）后,再在一定温度（PT,在淬火温度或者高于Ms）停留,使碳由马氏体扩散（分配）至残余奥氏体,使其稳定化．增加最后淬至室温的奥氏体含量,改善钢件的强、韧混合性质。示例说明,钢经Q—P处理后显示良好的力学性质。实验表明,Q—P热力学模型“限制条件碳准平衡”（CPE,CCE）的限制假设奈件常不存在。认为：在Q—P处理,尤其在较高温度、作较长时间分配处理时,宜以稳态平衡为理论基准,并计算各类可能相变的△G值,以预测可能发生的相变,包括碳化物的析出,γ→α,以及M（α）→γ。碳原子可能按扩散动力学在马氏体和奥氏体两相间分配。以Q—P处理为基础,本文作者提出淬火-分配-回火（Q—P—T）工艺,钢件局域的渗碳,以及高强度钢经碳分配等热处理新工艺。     

淬火配分贝氏体钢不同位置残余奥氏体C、Mn元素表征及其稳定性

采用部分奥氏体化-两相区保温-淬火-配分(IQPB)热处理工艺,借助SEM、TEM、XRD研究了淬火配分贝氏体钢组织形貌及残余奥氏体特征,利用EPMA、EBSD、纳米压痕等表征了不同位置残余奥氏体中合金元素的分布情况,结合室温拉伸应力-应变曲线,研究了C、Mn元素对不同位置残余奥氏体稳定性的影响及其相变规律。结果表明,淬火贝氏体钢室温组织中残余奥氏体以块状和薄膜状形态存在。在拉伸形变过程中,发生TRIP效应,残余奥氏体体积减小,相变优先发生在铁素体晶界,最后发生在贝氏体板条之间,C、Mn元素对残余奥氏体有稳定作用,使残余奥氏体不易发生相变。拉伸断口处应力集中,残余奥氏体完全转变为马氏体,距离断口2和4 mm处,残余奥氏体体积分数分别为3.12%和5.03%。薄膜状残余奥氏体比块状残余奥氏体稳定性更强,并且111γ晶向的残余奥氏体不稳定,容易向马氏体转变。     

淬火- 非等温碳分配下淬火温度对显微组织的影响

以低碳Si- Mn钢为研究对象,在MMS- 300热力模拟实验机上,分析了在DQ&P（Direct quenching & Partitioning）工艺的非等温碳分配条件下,淬火温度对试样显微组织、残余奥氏体含量和残余奥氏体中碳含量的影响。结果表明：试样的显微组织由板条状马氏体、残余奥氏体及少量铁素体组成;在320 ℃较高的淬火温度条件下,马氏体板条边界变得不明锐且弯曲,同时,碳化物沉淀含量增加;残余奥氏体含量随淬火温度的升高先增加后减少,在240 ℃时达到最大值;残余奥氏体中碳含量随淬火温度先减少后增加。     

汽车用高强钢的热成形-淬火碳分配工艺与组织性能

对热轧态Fe-Mn-Si-B系汽车用高强钢进行了热成形-淬火碳分配处理,研究了淬火温度和等温碳分配温度及时间对高强钢物相组成、组织与力学性能的影响。结果表明,热挤压成形后快淬至室温的试样中形成了马氏体组织,而淬火-碳分配工艺下都形成了细小的马氏体和残留奥氏体双相组织;不同热成形-淬火碳分配工艺下高强钢的强塑积都明显高于热成形后直接淬火至室温的试样,采用325℃×45 s淬火-碳分配后高强钢具有最高的强塑积(22 663 MPa·%),继续延长碳分配时间至60 s,高强钢的强塑积反而降低,这主要是由于韧性残留奥氏体发生部分分解而形成了下贝氏体组织。     

配分温度对Q&P钢中残余奥氏体及性能的影响研究

对碳-锰-硅钢淬火后在不同温度下进行配分处理,采用SEM结合EBSD技术对实验钢显微组织、残余奥氏体含量及力学性能进行表征。结果表明:随配分温度的升高,实验钢的抗拉强度降低,主要因为马氏体脱碳软化所致。残余奥氏体含量与伸长率变化趋势相同,由于在拉伸变形过程中残余奥氏体发生马氏体相变即TRIP效应,从而提高塑性。因此在300℃配分处理后的性能优异,抗拉强度为1328 MPa,伸长率为13%,残余奥氏体含量达到4.78%。