汽车用Q&P钢的研究进展

从Q&P钢的生产工艺、合金元素的作用、C配分热力学与动力学和工艺参数的影响4个方面介绍了目前Q&P钢的研究现状,并对Q&P钢未来的研究方向作出展望。Q&P钢经过淬火和配分热处理工艺,在室温下组织为马氏体和残留奥氏体,马氏体提供高强度,残留奥氏体在受到应力或应变的情况下会产生TRIP效应,在提高强度的同时增强塑性变形能力。Q&P钢核心在于获得更多稳定的残留奥氏体,其关键取决于C的配分过程,而通过热力学理论模型计算可以预测最佳淬火温度。添加合金元素可以起到抑制碳化物的析出、细化奥氏体晶粒和稳定奥氏体的作用。工艺参数对Q&P钢显微组织和力学性能的影响较大,淬火温度决定了一次马氏体的含量和后续的配分过程,配分温度和配分时间显著影响C原子的扩散动力,选择合适的工艺参数尤为重要。     

不同配分时间对低碳热轧Q&P钢组织性能的影响

基于合金减量化原则,应用热轧+超快冷+配分热处理一体化工艺技术制备了高强塑积的低碳热轧Q&P钢,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和室温拉伸试验等研究了配分时间对试验钢组织性能的影响。结果表明：随着配分时间增加,试验钢组织中的条状马氏体逐渐增多,残留奥氏体体积分数先增加后减少,碳化物析出增加;其抗拉强度和屈服强度减小,伸长率和强塑积先增加后减小,这是残留奥氏体含量和碳化物析出综合作用的结果;屈强比先减小后增加,加工硬化率(n值)先增加后减小。配分30 s的试验钢,综合力学性能最好,残留奥氏体体积分数最多为11.5%,抗拉强度为1093 MPa,伸长率为21.5%,屈强比最低为0.63,n值最高为0.13,强塑积最高为23.50 GPa·%。     

连续退火均热时间对Q&P钢Mn元素分布及加工硬化的影响

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)等研究了连续退火均热时间(3、5、8和10 min)对Q&P980钢微观结构演变和力学性能的影响。结果表明：经过均热处理后,Q&P980显微组织主要由铁素体、块/板条状马氏体和少量残留奥氏体组成。随着均热时间的延长,试验钢的板条状马氏体比例升高;残留奥氏体含量先降低再升高,抗拉强度先升高后下降,伸长率与残留奥氏体含量变化趋势一致。均热时间的延长引起加工硬化指数(n)开始迅速升高,5 min后趋于平稳。当均热时间为5 min时,加工硬化指数为0.23,在此条件下,塑性变形过程中残留奥氏体有序、均匀地发生相变诱发塑性(TRIP)效应。均热保温时间初始阶段,Mn元素呈不均匀分布,富集效应明显;随着均热时间的延长,Mn元素分布趋于均匀化;然而,当均热时间为10 min时,Mn元素分布又呈现聚集状态。在试验参数范围内,均热时间为5 min时试验钢的性能最优,抗拉强度为1052.40 MPa,伸长率为22.92%,强塑积为24121.01 MPa·%;合理的均热时间范围为3～6.9 min。     

高强钢的Q&P热处理工艺研究进展

最大限度提高材料的强韧性是实现航空装备轻量化制造的关键。综述了J.G.Speer等人提出的Q&P热处理工艺,国内外的诸多学者对其开展了深入研究,探索了钢材的成分配比、工艺参数、组织性能、扩散机理和模拟仿真等技术领域,取得了一定的成果,在制造领域具有较好的应用前景。总体而言,Q&P热处理工艺相较于传统QT热处理工艺,可获得更高的抗拉强度、塑韧性的配比,最后提出了加强高性能Q&P材料开发、基于微量元素扩散的试验研究和Q&P热处理工艺专用设备研制三个重点发展方向。     

铌微合金化高强塑积冷轧DP780钢的I&Q&P工艺

基于亚稳奥氏体形变诱导相变理论,在实验室采用盐浴炉对800 MPa级冷轧双相钢DP780的I&Q&P(临界退火与淬火配分)工艺进行了探讨,并采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机与XRD对不同工艺下试验钢的组织性能进行了研究。结果表明,在I&Q&P工艺试验条件下,试验钢的显微组织由铁素体、马氏体与残留奥氏体组成;830 ℃退火时铁素体晶粒尺寸以＞5 μm为主,860 ℃退火下其晶粒尺寸以＜5 μm为主。830 ℃退火时试验钢的力学性能随淬火温度的变化波动较大,860 ℃退火时试验钢的力学性能随淬火温度的变化波动较小。860 ℃退火+260 ℃淬火时,试验钢的综合力学性能最佳,其抗拉强度、伸长率与强塑积分别为802 MPa、26.8%与21.5 GPa·%,钢中残留奥氏体含量高达13.89%。     

微合金化钢的动态再结晶及其显微组织的研究

应用Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟试验机测定了合金化钢在不轧温度下的真应力－真应变曲线,研究了终轧温度及微合金元素含量对动态再结晶的影响。研究结果表明,Ｖ、Ｎｂ可显著抑制微合金化钢轧制过程中形变奥氏体的动态再结晶,因此,在较高的终轧温度下,仍能得到细小而均匀的显微组织。     

V、V-N与V-Nb微合金化对高强船板钢组织与性能的影响

通过对高强船板钢进行V、V-N及V-Nb微合金化,研究了3种微合金化方式对热轧态及正火态试验钢组织和性能的影响。结果表明:热轧和正火条件下,V、V-N与V-Nb微合金化均能有效提高试验钢的强度,并细化铁素体晶粒。V微合金化后,每加入0. 01%V试验钢屈服强度提高4～7 MPa; V-N微合金化后,每加入0. 01%V屈服强度提高10～12 MPa。正火处理使得V、V-N与V-Nb微合金钢的析出强化作用减弱,细晶强化作用增加。综合比较,V-N微合金钢在热轧与正火条件下能获得更为优异强韧性匹配。     

Ti微合金化对耐火建筑钢组织和性能的影响

采用低Mo及Ti的复合微合金化,设计3种试验钢配以合理的控轧控冷工艺,成功开发出低成本460 MPa级耐火钢。力学性能测试及显微组织分析结果表明,控轧控冷后水冷,试验钢板获得耐火钢的理想组织:粒状贝氏体和M/A岛。随Ti含量的增加,3种试验钢的平均晶粒尺寸递减。3种试验钢的室温屈服强度都大于460 MPa,600 ℃保温3 h的高温屈服强度都大于307 MPa,具有良好的高温力学性能。在相变强化、析出强化、细晶强化及位错强化的共同作用下,不同Ti含量的试验钢获得了良好的高温力学性能。0.07%Ti含量试验钢的YS值(600 ℃屈服强度/室温屈服强度)为0.68,完全满足耐火钢的使用标准。     

回火对铌微合金化C-Mn钢的组织及性能影响

研究了低碳低合金铌微合金化钢经轧制快速冷却后回火过程中组织与力学性能的变化.结果表明,低碳低合金铌微合金化钢回火时弥散强化随钢中Nb含量的升高而增强.当钢中Nb含量高于0.042%时,抗拉强度及屈服强度在600℃回火2 h达到峰值.含0.023%Nb的钢在550℃回火时的抗拉强度达到最高值,而屈服强度在550℃和650℃回火时出现双峰值.低于600℃回火,全部试验钢中观察到回火贝氏体,700℃回火时,回火贝氏体消失,形成平衡组织.     

搅拌摩擦热力耦合条件下Q&P980钢焊核区组织演变规律

采用搅拌摩擦焊接技术焊接Q&P980钢,研究搅拌摩擦高温和塑性变形综合作用对Q&P980钢焊核区组织演变的影响规律.结果表明,焊核区的组织演化受峰值温度、剧烈塑性变形和焊后冷却速率多因素协同调控.焊核区的峰值温度主要由搅拌头的旋转速度控制,旋转速度越大,焊接峰值温度越高;焊后冷却速率主要由搅拌头的焊接速度控制,焊接速度越大,焊后冷却速度越大,材料受到高温塑性变形的影响越小.当旋转速度控制在400 r/min时,随着焊接速度从50 mm/min增加到400 mm/min,焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体,晶粒尺寸逐渐粗化.当焊接速度控制在100 mm/min时,随着旋转速度从200 r/min增加到600 r/min,焊核区组织演变规律为马氏体/铁素体/残余奥氏体→马氏体→马氏体/贝氏体,晶粒尺寸逐渐细化.     

Ti、B微合金化42CrMo钢的组织与性能

用感应炉冶炼了Ti、B微合金化的42CrMo钢,分析了热处理试样的组织及性能变化。结果表明,Ti、B微合金化细化了42CrMo钢的晶粒和组织,提高了材料的回火稳定性。Ti、B微合金化显著提高了42CrMo钢的强硬度和塑韧性。其中42CrMoTiB-2钢具有最佳的综合力学性能,该钢的Ti、B含量分别为0.09wt%和0.003wt%。     

微合金化对液压千斤顶缸筒用Q235钢的力学性能影响

以Q235钢为研究对象,通过微合金化处理,分析不同合金元素对其力学性能的影响规律。研究表明,高Mn和微量的Nb元素能显著提高Q235钢的强度,而Ti元素对其性能影响不明显;相比55钢,微合金化的Q235钢具有优良的综合性能,更能满足液压千斤顶缸筒材料的需求。     

多元微合金化空冷贝氏体钢

中碳和中高碳Ｍｎ－Ｓｉ－８系多元微合金化贝氏体钢，锻后空冷可获得以贝氏体或贝氏体／马氏体为主，含碳化物和少量残留奥氏体的组织。加入微量元素，使奥氏体晶粒和显微组织细化，形成的高硬度碳化物弥散分布，提高硬度，韧性和耐磨性。     

Nb微合金化对Cr-Ni-Mo-V系高强钢组织及力学性能的影响

对含Nb与不含Nb的Cr-Ni-Mo-V系高强钢进行880℃×1 h淬火+300℃×3 h回火处理,并采用SEM、EBSD、TEM和物理化学相分析等技术分别对其微观组织和析出相进行观察分析。结果表明,添加了0.035%Nb的试验钢组织得到细化,马氏体板条块尺寸从3.1μm下降至2.9μm,且Nb的添加使得MC型析出相的含量增加,析出相尺寸分布得到优化,尺寸在18～200 nm的析出相含量明显增加。由于析出相含量的增加,固溶C含量有所下降,加之含Nb试验钢中的原始C含量稍低,导致含Nb钢的强度稍有下降,但仍达到2000 MPa水平。而马氏体组织的细化及析出相尺寸分布的优化使含Nb试验钢韧性明显提升,室温和-40℃低温冲击吸收能量(KU₂)均提高至44 J。     

热处理工艺对稀土微合金化1200MPa级高强钢性能的影响研究

结合目前国内以2250mm热连轧生产机组为代表的先进控轧控冷工艺,开发了轧制结束利用加密层流冷却进行分段淬火-等温配分-低温卷取自回火的在线热处理工艺（DQ&P&T）,与传统的离线调质热处理工艺（RQ&T）生产稀土微合金化高强钢（Rm≥1200MPa）进行对比研究分析。利用光学显微镜、扫描电子显微镜及配备的电子背散射衍射仪和拉伸试验机、冲击试验机、维氏硬度计,以及湿砂/橡胶轮磨损试验机分析检测手段,系统的分析了试验钢在两种热处理制度下组织转变形态和机械性能。研究表明:试验钢在两种热处理工艺,室温组织均由板条马氏体、贝氏体铁素体以及少量残余奥氏体组成。相比离线热处理（RQ&T）,采用在线热处理（DQ&P&T）试验钢的板条马氏体含量降低,贝氏体铁素体含量增加。等温转变形成的贝氏体铁素体穿插分割形变过冷奥氏体,促进组织晶粒尺寸细化和大角度晶界比例增加,提高了材料的强韧性和耐磨性。但在产品厚度方向硬度的均匀性劣于经RQ&T工艺处理的。在线热处理相比离线热处理生产Rm≥1200MPa高强钢效率提高,制造成本降低,且产品各项性能满足标准要求,证明在线热处理工艺是可行的。     

微合金化对HRB400钢组织及性能的影响

研究了VN和VFe微合金化对热轧带肋钢筋HRB400的显微组织和力学性能的影响。结果表明,与VFe微合金化钢相比,VN微合金化钢中的V元素对晶粒的细化效果更明显。相同力学性能条件下,与VFe微合金化钢相比,VN微合金化钢的生产稳定性更高,并且同样屈服强度下可节约V含量38%左右。经过V微合金化后的热轧带肋钢筋都具有良好的抗时效能力。     

铬微合金化重载车轮钢力学性能及摩擦磨损性能

采用Gleeble-3500热/力模拟试验机、MMS-2A型摩擦磨损试验机及光学显微镜、扫描电镜研究了两种含铬(0.02%、0.24%)微合金高碳重载车轮钢的高温力学性能和摩擦磨损性能,分析了热处理温度对试验钢组织及性能的影响。结果表明,铬元素含量为0.24%的高碳重载车轮钢硬度高,强度、塑性及耐磨性能好;热处理温度在840℃时试验钢的铁素体体积分数最大,强度和塑性最好。     

400MPa级超级钢不同焊接方法焊接接头组织性能分析

采用手工电弧焊，二氧化碳气体保护焊，等离子弧焊焊接400MPa级超级钢，并对焊接接头显微组织及力学性能作了分析研究，结果表明，实际生产中可以应用二氧化碳气体保护焊焊接400MPa级超细晶粒钢。     

空冷弛豫对铌微合金化热轧TRIP钢组织性能的影响

通过热轧试验研究了轧后空冷弛豫时间对铌微合金化热轧TRIP中厚板组织和力学性能的影响,结合光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及XRD分析了弛豫过程各组成相的尺寸、含量变化以及铁素体基体上的位错组态和微合金碳氮化物的析出行为.结果表明,采用820 ℃终轧并弛豫80～120 s后超快冷的工艺可以得到含有铁素体、贝氏体和残留奥氏体的多相组织,弛豫时间显著影响铁素体晶粒尺寸、铁素体量以及铁素体基体上的位错密度和沉淀析出量.随着弛豫时间的延长,试验钢的屈服强度和抗拉强度呈降低趋势.空冷弛豫80 s时,试验钢的抗拉强度、伸长率和强塑积分别达到820 MPa,37.5%和30750 MPa·%的最大值.