Q&P工艺处理钢的单轴拉伸性能研究

研究了低合金马氏体钢经QP(Quenching and partitioning,淬火和配分)工艺处理后的单轴拉伸性能,并与传统QT(Quenching and Tempering,淬火+回火)工艺进行比较,分别用SEM和XRD进行微观组织观察和残留奥氏体量的测量。结果表明,与QT工艺相比,在获得相同断后伸长率时,QP工艺处理的样品可以获得较高的抗拉强度,同时具有较高的加工硬化率和裂纹形成能。拉伸过程中,QP组织中新鲜马氏体强化基体,残留奥氏体协调变形、松弛应力、钝化裂纹,由硬基体和残留奥氏体组成的多相组织使QP工艺处理钢获得高强度和高塑性的配合。     

预先Mn配分处理对Q&P钢中C配分及残余奥氏体的影响

以低碳Si-Mn钢为研究对象,采用双相区保温-淬火(IQ)工艺研究预先Mn配分行为,并对其配分现象进行表征,采用淬火-配分(QP)及双相区保温-奥氏体化-淬火-配分(IQP)热处理工艺,探讨了预先Mn配分处理对低碳高强QP处理钢中C配分和残余奥氏体及力学性能的影响.结果表明,实验钢在双相区保温过程中C,Mn不断向奥氏体内扩散,淬火处理后C,Mn在马氏体(原双相区奥氏体)内呈现明显的富集现象;实验钢经IQP工艺处理后,室温组织中Mn富集现象依然很明显,C在马氏体板条间富集;随着C配分时间的延长,实验钢抗拉强度不断减小,延伸率均呈先增加后降低趋势,在C配分时间为90 s时,IQP工艺下钢的强塑积达到23478 MPa·%;IQP工艺中预先Mn配分处理,使得实验钢在一次淬火时保留更多的奥氏体,随后C配分促使更多的C原子扩散到这些奥氏体中,从而二次淬火至室温获得更多残余奥氏体.IQP工艺中C,Mn的综合作用稳定的残余奥氏体体积分数比相同条件下QP工艺中C配分稳定的残余奥氏体体积分数最大增多2.4%左右.     

第三代汽车用高强钢——Q&P钢的研究现状

QP钢经淬火配分(QP)工艺处理,所得组织由马氏体和残留奥氏体复合相共同组成,因其具有高强度和高塑性而备受关注。QP工艺的关键在于获得更多的残留奥氏体和提高残留奥氏体的稳定性。C从马氏体向奥氏体配分是稳定残留奥氏体的重要因素,并且受到其他因素的影响,一直是QP钢领域研究的重点和难点。本文从C配分的热力学、动力学,主要合金元素的影响,热处理工艺,组织和力学性能的关系4个方面,简要综述了国内外QP钢的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望。     

配分时间对0.16C-1.8Mn-1.5Si钢组织与性能的影响

采用扫描电镜和X射线衍射仪研究了配分时间对0.16C-1.8Mn-1.5Si钢组织演变、力学性能和残留奥氏体含量的影响。结果表明,经QP工艺处理后,随着配分时间的不断增加,试验钢的淬火马氏体转变为回火马氏体,渗碳体逐步析出;抗拉强度逐渐减小,伸长率先增大后减小;在配分时间为120 s时,抗拉强度为1012 MPa,伸长率最大值达到23%,强塑积最大达到23 276 MPa·%,残留奥氏体量达到最大值为14.4%;在不同的配分时间下,钢的伸长率变化趋势与残留奥氏体量的变化趋势基本一致,拉伸断口形貌具有典型的韧性断裂特征。     

热轧马氏体/贝氏体区直接淬火-配分钢组织性能研究

以低碳硅锰钢为研究对象,采用直接淬火-配分工艺研究了马氏体区淬火-配分(QP)、贝氏体区淬火-配分(BP)和直接淬火工艺对组织性能演变的影响。结果表明,经QP工艺处理后得到马氏体和残余奥氏体的组织,残余奥氏体体积分数大于10.0%,并且呈现薄膜状分布于马氏体板条间,试样屈服强度大于1 100 MPa,抗拉强度大于1 200 MPa,伸长率在14.75%~16.00%之间,强塑积可高达21.12GPa·%。经BP处理后的试样获得贝氏体基体和17.3%的残余奥氏体组织,试样伸长率高达21.00%,强塑积为22.26GPa·%。经直接淬火工艺处理后的试样,抗拉强度高达1 540 MPa,但残余奥氏体体积分数为3.6%,导致伸长率仅为8.00%,强塑积为12.32GPa·%。此外,还发现少量软相铁素体组织,可以降低试验钢的屈服强度。     

淬火、配分温度及时间对Q&P钢组织及力学性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜等试验手段研究不同QP(Quenching and Partitioning)工艺对钢的微观组织和力学性能的影响。结果表明:完全奥氏体化并采用QP工艺处理后QP钢的抗拉强度为1399~1670 MPa,断后伸长率为13.92%~17.24%;显微组织为马氏体和残留奥氏体,其中马氏体主要为板条状及少量分布在原奥氏体晶界处的块状。经EBSD统计分析:块状马氏体尺寸大小为1~3μm,是在第二次淬火过程中形成的新生马氏体;在相同淬火温度下,抗拉强度随配分时间的延长都有不同程度的下降,适中的淬火温度(210℃)加上适中的配分时间(60 s)可获得最佳伸长率。     

退火温度对超细晶Q&P钢力学性能的影响

对传统淬火-配分钢(QP钢)添加合金元素Ni和Nb,并对实验钢采用两相区QP工艺处理,得到了一种超细晶QP钢,分析了实验钢的显微组织和力学性能。结果表明,该种成分钢得到了块状铁素体+块状马氏体+残留奥氏体的混合组织,且晶粒达到了亚微米级别。由于残留奥氏体的相变诱发塑性(TRIP)效应,使得实验钢获得了兼具强度和塑性的优异力学性能。在退火温度为690℃时,实验钢抗拉强度达到1195 MPa,断后伸长率为23.5%,强塑积达到28 GPa·%。     

Q&P与Q&T工艺对TRIP600钢组织和性能的影响

研究了QP与QT工艺对TRIP600钢组织和力学性能的影响。利用拉伸试验机、XRD和金相显微镜进行了性能测试和组织分析,结果表明:经QP和QT工艺处理后的TRIP600钢显微组织由铁素体、马氏体和残留奥氏体组成。QP工艺处理试验钢的强塑积明显高于QT工艺的,当QP工艺的配分时间为60 min时,残留奥氏体的体积分数达到最大值,强塑积达到最佳22661.408 MPa·%。     

Q&P工艺对22MnB5钢微观组织及力学性能的影响

利用光学显微镜、拉伸试验机、扫描电镜、XRD和EBSD等手段对22MnB5钢的微观组织及力学性能进行了表征,并重点分析了一步法Q&P工艺处理后的22MnB5钢中残留奥氏体含量及残留奥氏体中碳含量与力学性能的关系。结果表明：采用一步法Q&P工艺,可以获得抗拉强度超过1400 MPa,伸长率超过15%的超高强度22MnB5钢板。随着淬火温度从240 ℃升高至300 ℃,22MnB5钢的组织由马氏体转变为马氏体+残留奥氏体复相组织,试样中的残留奥氏体含量逐渐增加。相同配分温度延长配分时间,残留奥氏体含量呈现先增加后降低趋势。不同热处理工艺下残留奥氏体中的平均碳含量为1.49wt%。采用一步法Q&P热处理工艺可以使残留奥氏体中富集碳,提高残留奥氏体稳定性,强塑积可以达到22.14 GPa·%。     

奥氏体化温度对汽车用QP钢组织性能的影响

利用扫描电镜及透射电镜、X射线衍射仪和拉伸试验机对采用不同的奥氏体化温度处理后QP钢微观组织和力学性能进行观察及测试分析,探讨了奥氏体化温度对QP钢组织与力学性能的影响。研究结果表明:奥氏体化温度对QP钢最终的组织性能有决定性影响。部分奥氏体化时,QP钢的最终组织为马氏体+残留奥氏体+铁素体;完全奥氏体化时,QP钢的最终组织为马氏体+残留奥氏体。随奥氏体化温度提高,铁素体数量减少,马氏体数量增多,QP钢的强度增加,塑性下降。拉伸过程中,QP钢中发生了残留奥氏体向马氏体转变。     

低碳Si-Mn钢的直接淬火-动态配分(DQ&P)工艺

以含碳量为0.078%的Si-Mn钢为研究对象,采用直接淬火-动态配分(DQP)工艺,研究了不同淬火温度对显微组织和宏观硬度的影响。结果表明,经DQP工艺处理后的低碳钢,组织以铁素体、马氏体/贝氏体为主,残留奥氏体的含量在4.3%~7.2%之间,当淬火温度为320℃时,达到最大值7.2%。通过透射电镜观察发现,残留奥氏体主要以块状的形式分布于铁素体/马氏体和铁素体/贝氏体的界面,少量尺寸较小的残留奥氏体以薄膜状的形态分布于马氏体/贝氏体板条间。不同淬火温度下,硬度值在253~264 HV10之间,随淬火温度变化幅度较小,并且在240℃和320℃时达到最大值264 HV10。该研究表明,采用轧制变形和元素配分的方式能极大限度地稳定残留奥氏体,使得含碳量为0.078%的低碳钢能获得高达7.2%的残留奥氏体,为合金元素减量化的QP钢生产提供了新方法。     

形变及合金元素配分协同作用对含Cu低碳钢组织和性能的影响

采用形变+QP及形变+IQP热处理工艺,研究了形变及合金元素协同作用对一种含Cu低碳钢组织性能的影响。结果表明:实验钢经两种形变工艺处理后的组织均由一次淬火马氏体和新生马氏体组成,且经形变+IQP处理后晶粒细化效果更明显;实验钢经形变+QP工艺获得了10.9%的残余奥氏体,经形变+IQP工艺处理后其残余奥氏体含量高达13.2%,较前者提高了21%;与形变+QP处理相比,在抗拉强度基本相同的前提下,形变+IQP工艺处理的实验钢的伸长率提高到17.1%,强塑积高达22469 MPa·%,形变及合金元素配分协同作用实现了细晶强化和提高塑性的双重效果。     

配分温度对Q-P-T钢组织与性能的影响

采用SEM、TEM、EBSD、XRD等手段,研究了Q-P-T工艺配分温度(320、380和450℃)对28Mn2SiCrNiMo钢组织及性能的影响规律。结果表明:试验钢在320℃配分后,获得针状下贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;380℃配分后,获得板条状上贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;450℃配分后,组织为马氏体+残留奥氏体,无贝氏体生成。当配分温度为320℃时,强度、塑性和韧性的配合达到最佳,强度为1524MPa,总伸长率为18.7%,V型缺口冲击功为58J。配分过程中贝氏体的形成,分割原奥氏体晶粒,细化组织,阻碍了裂纹的扩展,使得试验钢的冲击韧性大幅提升。     

配分温度对Q-P-T钢组织与性能的影响北大核心CSCD

采用SEM、TEM、EBSD、XRD等手段,研究了Q-P-T工艺配分温度(320、380和450℃)对28Mn2SiCrNiMo钢组织及性能的影响规律。结果表明:试验钢在320℃配分后,获得针状下贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;380℃配分后,获得板条状上贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;450℃配分后,组织为马氏体+残留奥氏体,无贝氏体生成。当配分温度为320℃时,强度、塑性和韧性的配合达到最佳,强度为1524MPa,总伸长率为18.7%,V型缺口冲击功为58J。配分过程中贝氏体的形成,分割原奥氏体晶粒,细化组织,阻碍了裂纹的扩展,使得试验钢的冲击韧性大幅提升。     

一步Q&P工艺对双马氏体钢微观组织与力学性能的影响

研究了经一步淬火C配分(QP)工艺处理的双马氏体实验钢的微观组织与力学性能,并与经直接淬火及淬火回火(QT)工艺处理的实验钢进行对比,初步探讨了一步QP工艺对材料微观组织和力学性能的影响规律.结果表明,显微组织主要由板条马氏体、片状马氏体和板条间薄膜状残余奥氏体组成,且随着保温时间的延长,片状马氏体含量先增加后减小,残余奥氏体含量逐渐增大且趋于稳定.与传统的直接淬火及QT工艺相比,经一步QP工艺处理后的实验钢具有良好的综合力学性能,即具备高强度的同时也具备良好的塑性,其强塑积、抗拉强度和延伸率分别可达21774.2 MPa·%,1442 MPa和15.1%,且随着保温时间的延长,抗拉强度逐渐减小,延伸率逐渐增大且趋于稳定.     

淬火-配分处理对二次淬火时钢中残留奥氏体分解转变的影响

对0.26C-1.72Si-1.56Mn钢进行了不同碳配分时间的淬火-配分(Q-P)处理,并研究了其组织,特别是二次淬火中奥氏体的分解转变。结果表明:Q-P处理后都形成了板条马氏体+二次淬火组织,且二次淬火组织中都存在孪晶马氏体;碳配分时间在10~300 s范围内,Q-P处理后残留奥氏体中的C含量均高于1.0wt%,残留奥氏体的含量不低于11%(体积分数),有利于钢韧性的改善;初次淬火后未转变奥氏体的形态和尺寸是影响其稳定性的关键因素,初次马氏体板条界膜状奥氏体容易形成残留奥氏体;相对于块状未转变奥氏体,条状未转变奥氏体容易形成二次淬火马氏体及片状残留奥氏体。     

热处理工艺对硅锰钢组织和力学性能的影响

为了提高Q&P钢的强度、塑性性能,将试验钢经过奥氏体逆转变+淬火配分工艺处理。通过SEM、XRD和室温拉伸试验分析了试验钢的相变、元素配分行为和力学性能。结果表明,ART-Q&P钢的马氏体板条边界模糊光滑,部分马氏体表现出一定的回火特征;铁素体为针状或不规则块状,针状铁素体存在于马氏体板条之间。逆转变过程可进一步促进C和Mn在高温下配分,使奥氏体更加稳定,室温下得到更多的残余奥氏体。相比I&QP处理,经ART-Q&P处理后,试验钢获得了良好的强度塑性结合,抗拉强度为1191MPa,总伸长率为14.47%,强塑积达17.24GPa·%。     

低碳高强钢合金元素配分行为对残余奥氏体和力学性能的影响

采用双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺,研究了合金元素配分行为对C-Si-Mn系高强钢微观组织和力学性能的影响.结果表明,在760℃随着保温时间的延长,双相区中奥氏体相的体积分数逐渐增多直至达到饱和,而铁素体向奥氏体扩散的Mn元素含量也逐渐增多直至在两相间达到化学势平衡,后加热至930℃保温120 s,再淬火至220℃,配分过程中发生了C从马氏体向奥氏体中的扩散偏聚.经该工艺处理后实验用钢的抗拉强度为1310 MPa,延伸率可达12%,强塑积达到15720 MPa·%,相比传统淬火+碳配分工艺,双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺过程中Mn配分和C配分共同作用能够显著提高钢中残余奥氏体的含量和稳定性,从而提高高强钢的室温成形能力.     

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%。     

一步QP处理低碳中锰钢的微观组织和力学性能

对低碳中锰钢进行了一步QP工艺处理,获得了铁素体、回火马氏体、新生马氏体和残余奥氏体的混合组织,采用SEM、XRD和拉伸试验机研究了配分时间对试验钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:抗拉强度和伸长率都是随着配分时间的延长先升高后降低。试验钢的抗拉强度主要受回火马氏体的回火程度和新生马氏体的数量以及碳含量共同影响,配分20 min时达到最佳平衡状态,试验钢的抗拉强度达到最高,为1712 MPa。试验钢的伸长率主要由残余奥氏体的含量决定,配分20 min时残余奥氏体含量最高,获得最大伸长率9.8%。