超高强度钢40CrNi2Si2MoVA两种等温淬火工艺研究

对超高强度钢40CrNi2Si2MoVA进行了马氏体和贝氏体等温淬火热处理。结果表明,两种等温淬火工艺都能得到马氏体＋下贝氏体＋少量残余奥氏体的复合组织,使得各项力学性能指标得到良好的配合。本文探讨了40CrNi2Si2MoVA组织性能的变化规律,总结出最合理的热处理工艺参数。     

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。     

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钢的连续退火工艺与一次淬火马氏体相变研究

一次淬火马氏体及其体积分数的控制是淬火-配分(QP)钢组织性能控制的基础。QP钢的连续退火生产中,均热温度及快冷结束温度对一次淬火马氏体体积分数起决定作用。利用PE(para-equilibrium)的热力学平衡假设计算了不同临界区温度均热时奥氏体中的碳含量,并采用透射电镜检测了淬火后马氏体中的碳含量,验证了热力学计算结果的可靠性。通过热膨胀试验研究了不同临界区温度均热时马氏体相变的体积分数与冷却结束温度之间的关系,建立了适用于临界区均热的一次淬火马氏体相变体积分数与冷却结束温度关系的数学模型,该模型可为QP钢连续退火工艺的制定提供依据。     

热处理对25CrNi2MoVNb钢氢脆敏感性的影响

通过慢应变速率拉伸试验研究了奥氏体化温度对25CrNi2MoVNb钢的氢脆敏感性的影响.奥氏体化温度从880 ℃升高到1200 ℃,25CrNi2MoVNb钢的原奥氏体晶粒尺寸从6 μm长大到204 μm.随奥氏体化温度升高,奥氏体晶粒长大会导致氢脆敏感性增加,但同时屈服强度下降会导致氢脆敏感性降低.在本试验条件下,奥氏体化温度为1100 ℃时,25CrNi2MoVNb 钢的原奥氏体晶粒尺寸为57 μm,氢脆敏感性最低.     

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。     

20Si2Mn2CrNi钢Ms点下的等温转变组织及其强韧性

采用热膨胀法研究了一种低碳低合金B/M复相高强20Si2Mn2CrNi钢在Ms点(386℃)附近等温淬火的相变动力学,运用K-M模型定性地计算了Ms点以下等温淬火时的马氏体体积分数,研究了试验钢在不同等温淬火工艺下的组织转变对其力学性能的影响规律。结果表明,试验钢在高于386℃等温时过冷奥氏体转变为上贝氏体,而在386℃以下等温时除形成马氏体外,还形成了与386℃以上奥氏体等温转变为贝氏体动力学一致的低温贝氏体。试验钢在300℃等温淬火时,马氏体体积分数为91.74%,硬度为41.7 HRC,冲击吸收能量为91.7 J,具有较好的强塑性综合力学性能,这与贝氏体组织与马氏体组织良好的协调变形有关。     

新型热成形-淬火-碳分配工艺

变形与相变和碳分配相结合,即钢在奥氏体区变形以细化晶粒、获得高强度,在淬火过程中钢发生相变和碳分配,可实现对硬相马氏体和软相残留奥氏体的调控,是一种新型热成形-淬火-碳分配工艺。这一工艺方法可使钢获得纳米级位错型马氏体和残留奥氏体的复合组织,在不损害钢的强度的前提下,提高其力学性能。     

Q&P工艺对60Mn2SiCr钢中超级贝氏体组织转变的影响

采用电子显微分析方法及X射线衍射技术等研究了"淬火+分配"热处理工艺(Quenching and partitioning,简称QP工艺)对60Mn2Si Cr钢组织转变的影响。结果表明,由于QP工艺处理过程中少量马氏体组织所带来的晶体缺陷,有利于非均匀形核,在促进超级贝氏体生成的同时还细化了组织;同时,由于碳在α相中具有高的化学势,引起产生自少量马氏体组织中的排碳,以及贝氏体铁素体形成时碳的短程扩散,导致残留奥氏体中碳含量有所增加,稳定性提高。其效果将会有利于改善超级贝氏体组织的强韧性。     

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。     

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.     

淬火温度对20CrNi2Mo钢拉伸性能的影响

通过SEM、室温拉伸试验分析了20CrNi2Mo钢经900~1200℃淬火+200 ℃回火后的显微组织及力学性能。结果表明：随淬火温度的升高,20CrNi2Mo钢原奥氏体晶粒尺寸增加,强度和硬度降低,塑性有所增加。不同淬火温度下,马氏体板条间均会形成一层很薄的残留奥氏体薄膜,而且随淬火温度的提高,薄膜的分岔和弥散分布特征更加明显。拉伸断裂方式为韧性断裂,且放射区韧窝尺寸随淬火温度升高而增大。     

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。     

淬火温度对20CrNi2Mo钢力学性能的影响

通过SEM、室温拉伸试验分析了20CrNi2Mo钢经900~1200℃淬火+200℃回火后的显微组织及力学性能。结果表明:随淬火温度的升高,20CrNi2Mo钢原奥氏体晶粒尺寸增加,强度和硬度降低,塑性有所增加。不同淬火温度下,马氏体板条间均会形成一层很薄的残留奥氏体薄膜,而且随淬火温度的提高,薄膜的分岔和弥散分布特征更加明显。拉伸断裂方式为韧性断裂,且放射区韧窝尺寸随淬火温度升高而增大。     

40CrNi2Mo钢中频淬火后组织和性能的研究

研究了40CrNi2Mo钢经不同工艺热处理后,再对其表面进行中频淬火并测定其组织及性能。结果表明,以调质工艺为基本工艺并对其表面进行中频淬火后,40CrNi2Mo钢表面的组织为均匀细小的马氏体,强度和耐磨性显著提高,心部组织为回火索氏体,并呈弥散分布,塑韧性没有明显下降,从而提高了40CrNi2Mo钢表面的耐磨性、疲劳抗力和承载能力,使40CrNi2Mo钢具有良好的综合力学性能。     

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工艺处理低碳CrNi3Si2MoV钢中马氏体的研究

通过SEM,TEM,EBSD和纳米硬度等多种手段对经Q&P(quenching and partitioning)工艺处理的低碳CrNi3Si2MoV钢中的马氏体进行了表征,并探讨马氏体在单轴拉伸过程中的作用.研究结果表明:一次马氏体发生了C配分和回火析出现象,容易腐蚀;二次马氏体呈淬火态特征,由1个马氏体领域构成,板条尺寸较小,约为0.1—0.2μm,C含量和纳米硬度均高于一次马氏体,在变形过程中能够协同组织变形,起到强化作用,而氧化物夹杂和大尺寸的析出物是微裂纹产生和扩展的主要原因.     

两种超高强度钢控制冷速后相变产物及性能的对比分析

研究了两种新型超高强度钢30Cr3SiNiMoWNb和30Cr Ni5Si2MoNb奥氏体化后以30～3.5℃/min速度冷却的相变产物,及其对随后回火材料强韧性的影响。结果表明,30Cr3Si Ni MoWNb钢奥氏体化后以30和15℃/min冷却得到马氏体组织;以7℃/min冷却,过冷奥氏体的相变产物为马氏体和25%～30%的下贝氏体;以3.5℃/min冷却,过冷奥氏体的相变产物为珠光体、贝氏体和马氏体。30Cr Ni5Si2MoNb钢降低冷却速度后回火强度上升,韧性下降不大,在3.5℃/min冷速时强度达到最高值。与30Cr3SiNiMoWNb钢相比,30Cr Ni5Si2MoNb钢因其合金元素含量高,马氏体形成能力强,更难形成贝氏体和珠光体组织。     

一种可适用于Q&P处理的热成形钢的组织与力学性能

在商用热成形钢B1500HS成分基础上,通过提高Si含量获得一种可适用于淬火-配分(QP)处理的新钢种,研究了其QP处理后的微观组织与力学性能。采用光学电镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)对材料的微观组织进行观察分析,采用磁性法(PPMS)测定残留奥氏体含量。结果表明,Si含量高的钢经QP处理后得到板条马氏体+残留奥氏体组织,而低Si含量钢为全马氏体组织。不同Si含量材料的力学性能差别明显,Si含量由0.25wt%提高至0.89wt%时,屈服强度和抗拉强度提高约80~150 MPa,且Si含量高的钢对QP处理的温度和时间条件比低Si含量钢更敏感。结果显示Si含量较低的钢进行不同条件的QP处理后,材料的强塑积基本不变,而Si含量的提高使热成形钢适于进行QP处理,260℃×300 s条件下获得强塑积高于20 GPa·%的综合力学性能,比水淬试样强塑积高约71%。