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。     

冷轧中锰钢的再结晶调控及其对力学性能的影响

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn (质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢多样化残余奥氏体形成及其力学性能的影响。结果表明,通过在不同温度预先调控冷轧中锰钢中的铁素体再结晶,可获得由不同比例的等轴状再结晶铁素体和马氏体组成的双相细晶组织。经常规退火处理后,在终态组织中形成了不同体积分数的超细晶再结晶铁素体和呈等轴状/板条状形貌的多样化细晶残余奥氏体,使中锰钢在拉伸变形过程中表现出多样化的TRIP效应,在提升冷轧中锰钢强塑性能的同时,其Lüders变形也获得改善。     

中锰钢微观结构调控与强韧化机制研究进展

汽车工业的迅猛发展对汽车用钢的综合性能提出了更高的要求。高强高塑和低合金是现代汽车用钢开发的主要目标。本文主要介绍了国内外非均质结构中锰钢的研究现状,系统总结了合金元素和临界退火工艺对组织的影响,并对非均质结构中锰钢的强化机制进行了分析。在传统强化机制的基础上,异质结构通过异质变形诱导(HDI)强化、多阶段相变诱导塑性(TRIP)效应与TRIP/TWIP综合效应进行协同强化,大大提高了中锰钢的强度与伸长率。最后提出了非均质结构中锰钢发展中需解决的问题。     

快速加热技术在第3代先进高强钢中的应用

快速加热是新一代先进高强钢热处理技术,具有高效率、环保低碳等优点。大量研究表明:相比于慢速加热,高强钢在快速加热过程中会出现复杂的再结晶、元素扩散以及固态相变等非平衡热动力学竞争行为,因而通过快速加热技术可以调控出新型非平衡微观组织,拓展了高强钢微观组织和力学性能的调控空间。介绍了近年来快速加热技术在第3代先进高强钢(Q&P钢和中锰钢)中的应用,讨论了快速加热对高强钢微观组织和力学性能的影响规律。同时,对快速加热高强钢领域所面临的科学与工程问题进行了讨论和展望。     

高强韧中锰钢研究现状及发展趋势

汽车轻量化的迫切需求使得具有优异性能和较低成本的汽车先进高强钢之一——中锰钢成为了研究热点。针对中锰钢的相关研究成果，分别从热处理工艺、残留奥氏体稳定性和强塑性机制3个方面进行了详细汇总。包括最新的热处理工艺，合金元素、相尺寸及形貌、取向和基体组织等对残留奥氏体稳定性的影响，层错能与变形强化机制等。最后，展望了中锰钢工业化应用的研究和发展方向。     

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。     

碳含量对冷轧中锰钢双相区退火组织和力学性能的影响

研究了含碳量为0.1%～0.4%的冷轧态中锰钢经650℃退火后微观组织和单轴拉伸性能的变化规律。利用SEM进行了组织形貌表征,采用XRD法测量了残余奥氏体量,通过拉伸试验机测试了钢的单轴拉伸性能。结果表明,冷轧态实验钢在退火过程中都发生奥氏体逆相变,获得具有一定量亚稳奥氏体的超细晶组织;随实验钢碳含量从0.1%增加到0.2%时,钢的抗拉强度(Rm)变化不大(约1000 MPa),而断后伸长率(A)从27%升高到43%时,强塑积(Rm×A)从28 GPa%提高到45 GPa%,而碳含量为0.4%时,钢的强度明显提高(约1200 MPa),但塑性却下降。分析认为,冷轧中锰钢中的碳有利于逆转变奥氏体的形成及稳定,但碳含量过高会形成大量碳锰化合物,不利于奥氏体的形成,从而降低塑性。亚稳奥氏体相的TRIP效应以及超细的晶粒尺寸是获得超高强度、高塑性及高强塑积的主要原因。     

中锰钢ART退火过程强塑机制的研究

中锰钢在逆转变奥氏体(Austenite Reverted Transformation,ART)退火处理后具有优异强塑性,符合第三代汽车用先进高强度钢的发展要求。本文分析了ART退火工艺与中锰钢强塑机制的关系,概述了退火温度和时间对其综合力学性能的影响,并讨论了中锰钢(4wt%~8wt%Mn)在塑性变形过程中的主要强塑机制。     

一种含富锰偏析带的热轧临界退火中锰钢的组织调控及强化机制EI北大核心CSCD

对含偏析带的热轧中锰钢进行临界退火处理,通过合理控制非偏析带区的逆奥氏体转变程度,获得了超高强塑积(PSE> 70 GPa·%)。结果表明,经不同温度热处理后,包(由原奥氏体晶粒边界定义)内晶粒的尺寸、取向显著影响中锰钢的力学性能和变形组织。在拉伸过程中,沿着拉伸方向,非偏析带内有利取向的包倾向形成拉长的条状细晶区,而不利取向的包倾向形成碎块状晶区。通过协调变形,相邻包将最终倾向形成上述2种微区亚结构的交替分布。非偏析带内的逆转变奥氏体因晶粒尺寸广泛分布而可承受较大的变形,从而使得偏析带内奥氏体发生足够的应变诱发马氏体相变(SIMT),最终获得优异的强度和韧性匹配。     

不同基体组织超高强复相钢的强塑性机制

采用两种热处理工艺对超高强复相钢进行热处理,以得到不同的基体组织,并研究了其对超高强复相钢强塑性机制的影响。结果表明：当试验钢的基体组织为铁素体、贝氏体和残留奥氏体的混合组织时,在软相铁素体、贝氏体和晶界残留奥氏体三相混合组织的变形协调作用机制下,其抗拉强度达到1124 MPa,伸长率达到20.3%。当试验钢的基体组织为以贝氏体组织为主时,组织中含量为16.6 vol%的残留奥氏体是以“不等厚”的界面形态存在于贝氏体板条间,可有效缓解应力集中,在抗拉强度增加至1263 MPa的同时,伸长率可达到18.4%;此外,大角度晶界所占比例增加至51.4%,不仅有利于在变形过程中改变微裂纹的扩展方向,使其强塑积达到23.24 GPa·%,还可在扩孔变形过程中起到较好的“应力变向”和“协调变形”的作用,从而提高其扩孔率至56%。     

淬火后的逆相变退火温度对5%Mn冷轧中锰钢组织与性能的影响

对5%Mn冷轧中锰钢进行930 ℃×20 min淬火后再进行660、665、675、685 ℃保温30 min的逆相变退火处理,并用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究退火温度对中锰钢组织和力学性能的影响。结果表明:5%Mn冷轧中锰钢经过高温淬火和逆相变退火后的组织为超细晶铁素体、板条马氏体和奥氏体。随着逆相变退火温度由660 ℃增加至685 ℃,奥氏体含量先增加后降低并在665 ℃逆相变退火后达到最大值,抗拉强度持续增加,屈服强度先升高后降低并在675 ℃退火时达到最大,伸长率先升高后降低并在665 ℃时达到最大值。综合来看,5%Mn中锰钢冷轧板经过930 ℃×20 min淬火和665 ℃×30 min逆相变退火后的综合力学性能最佳,此时奥氏体体积分数为24.24%,抗拉强度为980 MPa,伸长率为23.68%,强塑积达到了23.21GPa·%。     

淬火温度对中锰QP钢组织和性能的影响

采用部分奥氏体化-淬火-配分工艺对中锰钢进行热处理,研究不同淬火温度对微观组织和力学性能的影响。试验结果表明:随着淬火温度的升高,试验钢的伸长率先升高后降低,而抗拉强度却逐渐降低。淬火温度为140 ℃时,试验钢中一次马氏体和新生马氏体的体积分数之和最大,因此抗拉强度最高。淬火温度为180 ℃时,试验钢中残留奥氏体的体积分数最大,伸长率最高,综合力学性能最好,强塑积最高为30 328.2 MPa·%。而淬火温度升到200 ℃时,由于试验钢中残留奥氏体的含量减少以及新生马氏体的硬度降低,其伸长率和抗拉强度均降低。     

低合金高强钢断后伸长率不合格原因分析

针对低合金高强钢伸长率偏低的现象,对不合格的试样进行了探伤分析、显微组织观察、扫描电镜断口分析以及EDS夹杂物成分确定,最终发现伸长率不合格的原因为锰元素的偏聚造成了夹杂物过多、偏析处组织异常,同时这两种缺陷的存在还形成了氢陷阱引起了氢脆,在拉伸断口形成了脆性的氢致平台。     

退火和退火-时效工艺对热轧中锰钢组织及性能的影响

分别采用退火和退火-时效工艺来调控热轧态Fe-10.2Mn-0.41C-2.2Al-0.6V中锰钢中的奥氏体体积分数、奥氏体稳定性及VC析出来优化中锰钢的力学性能组合。结果表明,经退火-时效热处理后试验钢的屈服强度、抗拉强度和伸长率均获得提升。大量的纳米级VC颗粒是促进中锰钢屈服强度增加的主要因素。     

低合金耐磨铸钢的应用研究

研究了一种新型低合金耐磨铸钢的组织特点及力学性能,探讨了成分、热处理工艺对该材料的组织、力学性能及耐磨性的影响.结果表明：该材料具有较高的强度、硬度和韧性.现场应用表明：其使用寿命是高锰钢的两倍以上.     

低合金耐磨铸钢的应用研究

研究了一种新型低合金耐磨铸钢的组织特点及力学性能,探讨了成分、热处理工艺对该材料的组织、力学性能及耐磨性的影响。结果表明:该材料具有较高的强度、硬度和韧性。现场应用表明:其使用寿命是高锰钢的两倍以上。     

0.2C-5Mn-1.5Al中锰TRIP钢的显微组织及力学性能

利用相变热力学模拟计算,扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),拉伸试验机等设备系统研究了不同退火工艺下0.2C-5Mn-1.5Al中锰TRIP钢的相变特点及组织性能,通过与不添加Al的0.2C-5Mn中锰TRIP钢进行比较,研究了Al对相变规律及工艺与组织性能的影响规律。结果表明:Al添加提高并扩大了临界区温度范围,使得中锰钢可以选择更高的临界退火温度,这有助于加快奥氏体逆相变过程,缩短退火时间;同时Al的添加促进了C,Mn元素的聚集,有效提高了残留奥氏体含量,增强了变形过程中的TRIP效应;随着退火温度的升高,0.2C-5Mn-1.5Al钢的奥氏体含量及伸长率均表现为先增加后减少的趋势,而屈服强度略微下降,拉伸强度持续增加,在760 ℃退火3 min时获得最佳的力学性能:伸长率为32%,强塑积为35 GPa·%,Al的添加有效提高了0.2C-5Mn中锰TRIP钢的综合力学性能。     

0.2C-5Mn-0.5Si-2.5Al中锰钢临界退火后的微观组织及力学性能

利用热力学模拟计算、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机等设备研究了不同退火工艺下0.2C-5Mn-0.5Si-2.5Al中锰TRIP钢的相变规律、微观组织及力学性能,分析了Al对相变规律及工艺与组织性能的影响规律。结果表明:添加(质量分数)2.5 %Al后,两相区显著扩大,且A₃温度明显提高,这有助于提高临界退火温度,进而加快奥氏体逆相变过程,有效地提高在较短临界时间(1、3 min)退火后的残留奥氏体含量;因2.5 %Al的添加,微观组织中出现了δ-铁素体;在临界退火温度范围内(760~880 ℃),随着退火温度的升高,屈服强度呈现略微下降趋势,而抗拉强度逐渐增加,退火1 min时伸长率及强塑积随退火温度的增加先升高后降低,而退火3 min时伸长率及强塑积随退火温度升高呈持续下降趋势;试样在760 ℃退火3 min可获得最佳的力学性能,抗拉强度为927.69 MPa,伸长率为50.12%,强塑积为46 503.00 MPa·%。     

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  研究了合金元素W(0.5％～1.5％)对中锰钢常规力学性能和耐磨性的影响。试验结果表明,W改变了C在中锰奥氏体钢中的分布状态,从而使中锰钢的抗拉强度、冲击韧性和耐磨性均得到了有效提高。当W含量为15％时,水韧处理中锰钢的冲击韧性提高40％,抗拉强度提高10％,耐磨性提高40%,铸态中锰钢的耐磨性提高50％。