低碳Si-Mn系Q&P钢两相区的退火热处理工艺

研究一种新型的两相区不同退火温度的淬火和碳再分配热处理工艺对低碳硅-锰系Q&P钢的显微组织、精细结构的影响,并和奥氏体区退火的Q&P热处理工艺进行对比。通过SEM、TEM分析发现,采用两相区退火的Q&P工艺室温组织为板条马氏体、铁素体和薄膜状残留奥氏体。残留奥氏体以两种形态存在:处于马氏体板条间的薄膜状和位于原奥氏体晶界处的块状。两相区热处理后的Q&P钢,不仅抗拉强度高达1000 MPa以上,其伸长率也高达23%以上,体积分数高达11%的残留奥氏体在组织中起到了相变诱发塑性的作用。     

淬火-碳分配热处理对22MnB5钢组织与性能的影响

对机械液压杆用22MnB5合金进行淬火-碳分配热处理(Q&P),研究了淬火终点温度和分配时间对合金力学性能和组织的影响。结果表明,随着分配时间延长,钢的抗拉强度逐渐降低,而断后伸长率呈先增加而后降低的趋势;在相同的分配时间下,淬火终点温度250℃时钢的抗拉强度小于淬火终点温度为200℃的,而断后伸长率高于后者;奥氏体化温度为910℃、淬火终点温度为250℃、分配温度为420℃、分配时间为60 s时,22MnB5钢的组织由铁素体、马氏体和少量残余奥氏体组成,残余奥氏体体积分数为11.6%。     

退火及配分温度对Si-Mn系Q&P钢组织和性能的影响

研究了两相区不同退火温度及不同配分温度的淬火和碳再分配热处理工艺对低碳硅-锰系Q&P钢的显微组织、精细结构、力学性能及残留奥氏体含量的影响。结果表明,采用两相区退火的Q&P工艺室温组织为板条马氏体、铁素体、薄膜状和块状残留奥氏体;随退火温度的升高,实验钢抗拉强度和屈服强度呈上升趋势,伸长率呈下降趋势,残留奥氏体含量先上升后下降;随配分温度的升高,实验钢抗拉强度呈下降趋势,屈服强度、伸长率和残留奥氏体含量呈上升趋势;经Q&P工艺处理后的实验钢强塑积可达28215 MPa·%。     

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。     

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·%。     

Gleeble3500试验机模拟Q&P工艺

实验Q&P钢(0.31C-1.325i-135Mn)Gleebe3500上模拟Q&P工艺,经900℃奥氏体化后淬火至290℃,保温15 s后升温至配分温度450℃,分别保温10、60和120 s后淬火至室温.为了解决在Gleeble3500上初始淬火过程中冷速不均的问题,本文采用分段淬火的方法.结果表明,采用改进淬火方法并且配分时间为60s的实验钢,具有高的强塑积,并且组织中存在明显的板条马氏体及条间稳定的残余奥氏体.     

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。     

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-Mn系Q&P钢不同配分时间的热处理工艺

采用CCT-AY-Ⅱ热处理连退模拟机,研究了不同配分时间下,两相区退火温度淬火和碳再分配热处理工艺对低碳硅-锰系Q&P钢的显微组织、精细结构、力学性能及残留奥氏体含量的影响。结果表明,采用不同配分时间的两相区连续退火的Q&P工艺室温组织为板条马氏体、铁素体、薄膜状或块状残留奥氏体;随配分时间的增加,钢的抗拉强度和残留奥氏体含量呈下降趋势,伸长率和强塑积呈上升趋势;当配分时间为300 s时,试验钢抗拉强度达到1000 MPa,其伸长率为27.3%,强塑积高达27 300 MPa.%。     

直接淬火-碳分配处理后高强度钢的组织与力学性能

采用一种中碳低合金高强度钢,在轧后进行直接淬火后再快速升温至400～600℃进行碳分配处理的直接淬火-碳分配(Quenching Partitioning)处理(DQP),研究DQP工艺对钢的组织与力学性能的影响。利用扫描电镜和透射电镜观察组织及析出物的变化,采用X射线衍射仪分析了钢中残留奥氏体体积分数。结果表明:DQP处理后,钢的组织为板条马氏体组织和残留奥氏体。马氏体板条宽150～250 nm;残留奥氏体位于马氏体板条间,随工艺参数不同,其体积分数在4%～8%。钢中析出物尺寸大多为20 nm左右。经过DQP处理后,钢的抗拉强度达到1200 MPa以上,伸长率15%～17%。-40℃冲击功达到30 J以上。合理的淬火终淬温度可以获得更多残留奥氏体,而升高分配温度会增加析出、并使析出物长大,这是提高钢的强度和韧性的主要原因。     

Q&P工艺对5CrMnNiMo超高强度钢组织及性能的影响

对5CrMnNiMo超高强度钢进行了淬火-配分(Q&P)处理,利用SEM、电子万能试验机、X射线衍射仪、EBSD等试验手段,探讨了试验钢的显微组织和力学性能随Q&P工艺中等温配分5 min、24 h及非等温配分6 h后的变化规律。结果表明,Q&P处理过程中,显微组织均由马氏体+残留奥氏体+少量粒状碳化物组成,随着等温配分时间的延长,残留奥氏体由片状逐渐转变为块状;等温配分5 min后,获得高达2230 MPa的超高抗拉强度,抗拉强度经等温配分24 h后降低到1360 MPa;塑性变形量由等温配分5 min后的3.92%增加到非等温配分6 h后的14.62%,TRIP效应是塑性变形量增加的主要原因。     

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。     

Q&P处理低碳中锰钢的显微组织与力学性能

对含硅的低碳中锰钢进行Q&P处理,获得了回火马氏体、新生马氏体和残留奥氏体的混合组织,利用SEM、TEM、XRD和拉伸试验机等检测手段研究不同热处理工艺下微观组织结构及力学性能。结果表明,随着淬火温度的提高,试验钢的抗拉强度先降低后升高,屈服强度则一直降低,总伸长率先升高后降低。淬火温度为250 ℃时,试验钢的综合力学性能最好,抗拉强度为1331 MPa,断后伸长率为17.3%,强塑积可达23 GPa·%。这主要是由于组织中一定比例的膜状残留奥氏体发挥TRIP效应,拉伸变形阶段表现出持续的加工硬化能力,获得更好的强塑匹配。淬火温度为270 ℃时,由于残留奥氏体的稳定性降低,组织内存在大量新生马氏体,使塑性下降。     

Q&P钢残留奥氏体含量的热动力学计算

基于CALPHAD方法建立了Q&P钢的配分扩散模型,并建立了一套特定成分在特定QP工艺下的组织转变计算任务流,通过计算QP钢一次淬火过程的马氏体/残留奥氏体含量和配分过程中残留奥氏体的碳富集量,并结合Thermo-Calc软件内置的基于吉布斯自由能的马氏体相变本构模型,预测稳定保留至室温的残留奥氏体含量。利用该模型计算文献钢种(Fe-0.2C-1.28Mn-0.37Si-0.0018B, wt%)的室温残留奥氏体含量,结果显示计算马氏体转变温度比试验数据高60 ℃,计算室温残留奥氏体含量为4.41%,与试验数据基本吻合,从而验证了该计算模型的半定量性。利用该模型进一步计算分析了碳、锰元素含量和热处理制度对AQT980和AQT1180钢一次残留奥氏体含量的影响规律,计算结果显示碳、锰元素含量的增加可使钢中相变点(A₃、Ms、Mf)温度下降;在固定淬火温度下,钢中的碳含量和锰含量增加可使一次残留奥氏体含量大幅增加;当碳、锰元素含量一定时,一次淬火温度的上升会使一次残奥含量大幅增加。     

Q＆P工艺对0.3C-1.35Mn-1.30Si钢力学性能的影响

研究了不同Q＆P工艺参数对0.3C-1.35Mn-1.30Si钢力学性能的影响。结果表明：淬火温度主要影响马氏体的含量;配分温度与配分时间影响碳配分的程度,最终影响残留奥氏体的含量。微观组织的含量影响力学性能。伸长率的变化趋势与残留奥氏体量的变化趋势基本一致,Q＆P钢的塑性主要与残留奥氏体的含量有关,残留奥氏体中的含碳量为1.2%～1.3%。     

Q&P工艺对Fe-0.45C-1.6B高硼钢组织和性能的影响

借助Thermo-Calc、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计及冲击磨损试验机对Fe-0.45C-1.6B高硼钢铸态和经Q&P工艺处理后的组织和性能进行分析。结果表明:高硼钢铸态组织由铁素体、马氏体及残留奥氏体构成的基体和共晶硼化物组成。经Q&P工艺处理发现,高硼钢在Ms点以下为马氏体等温转变,随着淬火时间的增加,基体中残留奥氏体越来越多,在淬火时间为120 s时达到极限。随着配分时间的增加,高硼钢中残留奥氏体增加,配分时间为80 s时残留奥氏体量最多,但是由于较多的残留奥氏体不能支撑硼化物,因此高硼钢的耐磨性降低。     

新型铸造热锻模具钢强韧性本质的探讨

采用微观分析方法探讨了新型铸造热锻模具钢（CHD钢）的强韧化机理,研究表明,CHD钢具有较高的强韧性和高温稳定性,其组织为具有高密度位错的板条马氏体和贝氏体的复合组织,板条界连续分布着许多薄膜状残留氏体,CHD钢在回火过程中弥散析出细小的碳化物V3C4,Mo2C,这些亚结构的配合是CHD钢具有高强韧性的本质。     

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。     

热轧+淬火配分处理对Q235钢组织及性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、电子万能试验机、数显显微硬度计,研究了一步法淬火配分(Q&P)工艺和热轧一步法淬火配分(HR-Q&P)工艺在不同配分温度下处理后Q235钢的组织和力学性能。结果表明:HR-Q&P工艺使试验钢晶粒明显细化,显微组织由马氏体、铁素体和贝氏体组成,在350 ℃配分下,屈服强度和抗拉强度都达到最大值,分别为449 MPa和560 MPa,伸长率与原样相比下降了8%,但仍然超过30%;硬相的马氏体和贝氏体的同时出现,导致断口出现二次裂纹;一步法Q&P工艺下,与未处理试验钢相比,抗拉强度提高约32%,屈服强度提高近1倍,伸长率保持在26%以上。