先进高强度QP/QPT钢的研究现状及展望

QP/QPT工艺旨在通过淬火配分工艺来提高超高强度钢的塑性和强度。该工艺的关键是获得较高残余奥氏体体积分数的马奥两相组织,并通过弥散碳化物进一步提高强度和塑性。本文主要介绍了QP/QPT工艺的特点、获得高强塑积的原理和方法、合金元素的作用,并讨论了氢脆的产生和提高抗氢脆能力的机理,旨在获得高强塑积并为其工业化应用提供参考。     

高强度淬火-配分钢的研究现状及发展方向

淬火-配分(Quenching and partitioning,QP)钢是一种新型高强塑积钢,在汽车领域应用前景广阔。本文阐述了QP钢成分、组织、工艺及性能的研究现状,在此基础上对QP钢工艺一体化应用、涂层板研发、理论模型建立等方面,特别是在热冲压配分工艺上的发展趋势进行了探讨和展望,提出薄板热成形配分工艺局限性及涂层板焊接思路。     

先进超高强度-高塑性Q-P-T钢

首先论述从淬火-分配(Q&P)工艺发展起来的淬火-分配-回火(Q-P-T)工艺以及两者的差异,总结Q-P-T钢从超高强度到高强塑性的发展,对比先进新型Q-P-T工艺和传统淬火-回火(Q-T)工艺的差异及其对钢力学性能的不同影响,重点讨论在形变中残留奥氏体对超高强钢塑性增强的微观机制,为先进高强钢的进一步发展提供组织设计...     

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.     

先进热成形汽车钢制造与使用的研究现状与展望

汽车采用超高强钢是实现轻量化兼顾安全性的必由之路,热冲压成形是高强汽车零件成形的关键工艺。近10年来,热成形钢及其零件制造技术迅速发展。本文从以下几方面对热成形钢/零件制造与使用现状进行了综述:(1)热成形钢材料(从传统MnB钢到最近新发布的一些热成形新钢种);(2)工艺(热成形传统工艺到工业4.0智能化生产);(3)热成形淬火配分(QP)创新工艺研究现状及形变热处理基本原理;(4)热成形过程的仿真模拟(热/力场、组织场、工艺等的模拟);(5)热成形零件的使用服役评价。并对今后热成形汽车钢制造与使用前景作出展望。     

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。     

马氏体钢中BL/M和AR/M复相组织调控方法及对性能影响的研究现状

综述了提高钢铁材料性能的马氏体钢中下贝氏体/马氏体(B_L/M)和残留奥氏体/马氏体(A_R/M)复相组织的调控方法及其强韧化机理等方面的研究进展。针对贝氏体等温淬火、淬火-配分(Q&P)、淬火-配分-回火(Q-P-T)等新型热处理工艺对微观组织特征和力学性能影响的研究现状进行了总结,并分析了钢铁材料复相组织调控工业化应用需重点突破的问题。     

铬锰硅钢的亚温淬火对强韧化的影响

本文介绍了一种新型的淬火工艺——亚温淬火工艺在铬锰硅系钢的热处理上的应用及其对强韧化的影响。实验表明,该淬火工艺能够在保证强度(硬度)的前提下,不同程度地提高钢的冲击韧性。其强韧化效果,随钢中含碳量的增加而降低;铬锰硅系钢亚温淬火的最佳温度是Ac_3以下10℃左右。亚温淬火工艺对钢的原始组织有要求,以调质态或淬火态为好。     

Si含量及配分处理对Q&P钢残留奥氏体量及性能的影响

通过研究在QP(quenching and partitioning,淬火-配分)工艺下3种不同Si含量QP钢的组织与性能,并与常规调质工艺进行了对比。利用XRD计算了不同QP工艺下钢中残留奥氏体含量,表明添加适量的Si以及利用QP工艺能保留较多的奥氏体至室温。配分的温度与时间对力学性能有着显著地影响。在320℃至460℃,随着配分温度的升高,强度逐渐降低,伸长率逐渐升高;在380℃的配分温度下,随着分配时间的延长,强度略有降低,伸长率有显著提高。     

汽车用高强塑积钢关键研究进展之一:Q&P钢的研究进展

高强塑积QP钢以其优异的强度、塑性及成型性能得到诸多研究者的关注,并在汽车轻量化研究中起到了重大作用。本文以汽车用第三代高强塑积QP钢的关键研究进展为对象,从高强塑积QP钢的成分设计及优化、热处理工艺对组织调控的影响及其性能强化机制3个方面对国内外QP钢的合金化、制备及强化机制进展进行了概括介绍。以期为我国高强塑积QP钢的研发及推广提供参考。     

配分时间对低铬铁素体不锈钢组织和性能的影响

采用淬火-配分(QP)退火工艺研究了配分时间(0. 5~5 min)对410S低铬铁素体不锈钢组织和性能的影响。结果表明,经QP处理后,试验钢具有铁素体、马氏体和少量残留奥氏体的复相组织。整体而言,随着配分时间的延长,试验钢的抗拉强度降低,残留奥氏体含量和塑性增加,耐蚀性呈下降趋势。从材料力学、耐蚀性能以及工业生产效率的角度综合考虑,由于碳氮配分速率很快,对于1. 5 mm厚钢板,在500℃只需保温1 min(或略长于1 min)即可获得较好的配分效果。     

Q&P工艺对冷轧高强钢中残留奥氏体的影响

对冷轧C-Si-Mn系高强钢进行了淬火与配分(QP)处理。利用扫描电镜、电子背散射衍射、X射线衍射等实验手段,研究了QP工艺参数与残留奥氏体量的关系。结果表明,残留奥氏体量在峰值淬火温度周围较大范围内变化不大,均在15%以上。配分温度的升高和配分时间的增加有助于残留奥氏体量的提高,过高的配分参数则会导致残留奥氏体的分解与碳化物的析出。实验钢于760℃淬火至160℃后经450℃配分60 s,残留奥氏体量可以达到22%,保证了较高的强塑积23 GPa·%,其中抗拉强度1518 MPa,伸长率15.2%。     

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。     

逆转变+Q&P复合工艺对低合金高强钢组织和性能的影响

利用SEM、XRD分析及拉伸试验,研究了逆转变+淬火-配分(ART+QP)复合工艺对完全淬火后0.22C-2.0Mn-1.8Si钢组织性能的影响。结果表明:经ART+QP工艺处理后,该钢组织为亚温铁素体、贝氏体/马氏体和均匀分布的残留奥氏体。逆转变奥氏体富集Mn、C元素,淬火-配分过程中碳自马氏体配分至残留奥氏体时二次富C,使其稳定化,因此该钢室温下获得残留奥氏体的含量超过15%。在拉伸变形过程中残留奥氏体转变成马氏体的TRIP效应,使得钢材在变形过程中获得稳定的加工硬化能力,实现了良好的强塑性结合,抗拉强度达到1233 MPa,屈服强度为893 MPa,均匀伸长率29.6%,强塑积高达36 GPa·%以上。     

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。     

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.     

Q&P钢热处理过程有限元法数值模拟模型研究

以国内典型淬火-分配(QP)高强钢——QP980钢为例,进行热处理全过程物理模拟研究,提出一种耦合温度及时间影响的类蠕变应变方程用以描述材料在QP热处理分配过程的体积变化,建立考虑淬火温度影响的QP热处理两次淬火过程相变动力学方程、相变应变及相变塑性方程,获得了QP钢各相的热膨胀系数。根据温度场、组织场、应力场三场耦合原理,基于物理模拟得到的弹塑性增量本构模型,对商业有限元软件ABAQUS用户子程序进行二次开发,建立了针对QP热处理全过程的三场耦合数值仿真模型;通过Gleeble热-力模拟试验机上的QP热处理实验对模型进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果吻合良好。     

汽车用先进高强钢的氢脆研究进展

本文总结了第一代～第三代先进高强钢的各自典型代表钢种——相变诱发塑性钢(TRIP钢)、孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)、淬火配分钢(QP钢)和中锰钢的氢脆研究现状和重要结果。主要结论为,TRIP钢的氢脆敏感性主要体现在塑性降低,而强度损失不大。TWIP钢的氢脆敏感性严重依赖于应变速率,即随应变速率降低而显著增加;形变孪晶界和ε/γ相界面易发生氢致开裂,而Σ3退火孪晶界不易开裂;深入研究表明,当ε/γ相界面满足西山取向关系时,则与Σ3孪晶界类似,能够阻碍氢致裂纹扩展,这一结论将不同学者的结果统一起来。QP钢的氢脆敏感性与TRIP钢相似。中锰钢因含有较多的奥氏体相,变形时伴随着强烈的TRIP效应,氢脆敏感性较大,既有明显的塑性损失也有较大的强度损失。对含有奥氏体组织的TRIP钢、QP钢和中锰钢等,调控奥氏体组织的形态和分布是改善其氢脆的主要对策;而对TWIP钢则可通过控制预应变速率和Al合金化等措施来改善氢脆。