先进短流程—深加工新技术与高强塑性汽车构件的开发

在近年来国内外薄板坯连铸连轧TSCR和先进热成形处理AHFT技术发展的基础上,提出了先进的短流程与深加工技术相结合的工艺途径,为高强塑性汽车构件的生产制造开发了一种高效率、低能耗、低排放、低成本的新工艺。首先采用先进短流程工艺,包括以CSP、FTSR、ISP半无头轧制为主要特征的第2代TSCR技术和以ESP无头轧制技术为主要特征的第3代TSCR技术,生产高强度薄规格汽车板作为热冲压成形的原料; 然后采用先进热成形处理AHFT技术,对短流程薄规格热轧酸洗板进行热冲压与热处理相结合的深加工,制作高强塑性汽车构件。本文简要介绍了短流程薄板坯连铸连轧TSCR技术的发展,先进热成形处理AHFT技术的强塑化工艺与主要技术特征。讨论了采用短流程TSCR新工艺生产先进高强度钢AHSS薄规格汽车板,为先进热成形处理AHFT提供热冲压成形板料的主要技术关键。介绍了在超短流程的双辊薄带连铸工艺线上开发高强塑性TWIP钢的试验进展。短流程TSCR新工艺与先进热成形处理AHFT深加工新技术相结合,开发与生产超高强塑性汽车构件,需要钢铁与汽车行业的密切合作。这项短流程—深加工新技术不仅可以满足新一代汽车对轻量化节能减排和抗冲撞安全的要求,而且可以显著降低汽车板构件生产制造过程中的能耗与温室气体排放。     

一种新型高硅热成形钢的淬火-配分处理及其性能

研究了不同温度和时间的淬火-配分(Q-P)处理工艺对新型高硅(Si含量为0.82 mass%)热成形钢组织与力学性能的影响,采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对试样的微观组织进行了观察。结果表明,材料为板条马氏体+残留奥氏体组织,存在较多的M/A岛。当淬火温度为260℃,配分300 s时,材料的强塑积最高,达到22.3 GPa·%,且伸长率为13.3%,远高于商用热成形钢的6.6%。XRD和磁性法测得该处理条件下的残留奥氏体含量分别为5.2%和7.98%,透射电子显微镜(TEM)观察到薄膜状残留奥氏体。分析表明,淬火-配分处理后,保留至室温的富碳残留奥氏体对于提高材料的塑性起到了主要作用。     

汽车用高强度TRIP钢组织性能及成形工艺

概述了高强度TRIP钢对汽车轻量化的作用及TRIP钢的显微组织对其性能的影响,探讨了铁素体、贝氏体、残余奥氏体的含量对TRIP钢性能的影响规律,以及设备、模具和成形工艺参数的选择原则。结果表明,TRIP钢中铁素体可以提高铜的塑性,贝氏体可以提高强度和韧性,而当残余奥氏体的体积分数大于8％时,产生TRIP效应,并提高了钢的综合性能;以上组织的获得,应在成形时控制成形设备的能量、栽荷、速度、时间等工艺参数。     

淬火-分配-回火工艺和多循环淬火-分配-回火工艺

综述了由徐祖耀院士提出的淬火-分配-回火（Q-P-T）新工艺的背景和发展现状。总结了先进Q-P-T钢从超高强度到高强塑性的发展,重点论述了在形变中残留奥氏体增强超高强度钢的塑性的微观机制。鉴于单循环Q-P-T工艺对大尺寸工件和不同尺寸热轧板（或H型钢）处理的局限性,提出了多循环淬火-分配-回火（MQ-P-T）工艺及其在冶金行业热轧板（或H型钢）的工程应用。最后列举了MQ-P-T工艺在机械行业的应用实例。     

相变诱导塑性TRIP钢的研究进展

相变诱导塑性（TRIP）钢是一种高强汽车用钢，一般通过热轧控制冷却或冷轧＋热处理工艺进行生产，其组织由铁素体＋贝氏体＋残余奥氏体组成。本文介绍了TRIP钢的组织、性能特点及其生产工艺，对TRIP钢研究趋势做了展望。     

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...     

Q-P-T工艺对ZG26SiMnMoV钢组织和性能的影响

利用Q-P-T和Q-P工艺对ZG26Si Mn Mo V钢进行热处理,考察了ZG26Si Mn Mo V钢处理后的显微组织和力学性能。结果表明,ZG26Si Mn Mo V钢Q-P-T处理后的强度、硬度和显微组织都明显优于Q-P工艺,但塑性和韧性没有明显提高。在淬火介质温度40℃,碳分配温度为400℃,分配时间40 s的情况下,强度达到1100 MPa以上,硬度450 HB,伸长率接近10%,冲击吸收能量达到25 J。碳分配时间的延长在一定范围内将有利于塑性和韧性的提高。     

热处理工艺对中碳TRIP钢微观组织及力学性能的影响

研究了淬火回火（QT）和等温淬火（AT）两种热处理工艺对0.4C-1.5Si-1.5Mn系中碳TRIP钢棒材微观组织和力学性能的影响。结果表明,经等温淬火处理的试样,含有贝氏体铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体等多相组织,并且试样中含有较高的残余奥氏体量,这使得其常规力学性能明显优于淬火回火马氏体组织的试样。等温淬火工艺经400℃等温600s所获得的力学性能最佳,相变诱发塑性效果也最好,而且基体的组织较为均匀细化,残余奥氏体的含量较高,并有较多的下贝氏体存在,与上贝氏体交替出现对基体进行分割,从而可使实验用TRIP钢具有明显的TRIP效应。     

相变诱导塑性TRIP钢的研究进展

相变诱导塑性(TRIP)钢是一种高强汽车用钢,一般通过热轧控制冷却或冷轧+热处理工艺进行生产,其组织由铁索体+贝氏体+残余奥氏体组成。本文介绍了TRIP钢的组织、性能特点及其生产工艺,对TRIP钢研究趋势做了展望。     

淬火-碳分配-回火钢的低温组织和性能

Fe-0.25C-1.5Mn-1.2Si-1.5Ni-0.05Nb(质量分数,%)钢通过淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺抗拉强度可达1250 MPa以上兼具良好塑性(大于17%),显微组织为位错型板条马氏体、微合金碳化物和薄片状残留奥氏体。通过低温拉伸试验分析了Q-P-T钢在-85～25℃下的力学性能并采用透射电镜观察了试样在25℃和-85℃时拉伸前后的显微组织。结果表明,Q-P-T钢在-70～25℃时显示了良好的低温力学性能,仅当拉伸温度低于-70℃时试样塑性开始出现大幅下降;残留奥氏体在未变形前具有良好的低温稳定性,但在变形过程中会发生马氏体相变,产生相变诱发塑性(TRIP)效应,这是Q-P-T钢具有高强度和良好塑性的主要原因。     

将淬火—碳分配—回火(Q-P-T)及塑性成形一体化技术用于TRIP钢的创议

为改善环保,节约能源和原材料,降低车辆重量,亟需提高用于汽车件的TRIP钢强度。应用淬火—碳分配—回火(Q-P-T)工艺代替TRIP的一般热处理工艺,钢的抗拉强度已能高达2000MPa以上,断后伸长率在10%以上,但不能保证具有足够的残留奥氏体量。为此创议将Q-P-T工艺及塑性成形一体化技术用于TRIP钢,其精选工艺根据应力作用下的相变原理制定,既能达到显著提高的力学性质,如抗拉强度1500～2000MPa,断后伸长率10%～15%,适量的残留奥氏体,如约12%,还能进一步节能和改善环保。     

High Strength-Ductility Nb-microalloyed Low Martensitic Carbon Steel:Novel Process and Mechanism

A low-carbon Nb-microalloyed Fe–Mn–Si-based steel was treated by a novel quenching–partitioning–tempering(Q–P–T) process as a modified quenching and partitioning(QP) process. After processed by Q–P–T treatment,this steel exhibits excellent mechanical properties such as high product of strength and elongation. The addition of Nb markedly raises both the yield strength and tensile strength of Q–P–T martensitic steel, especially the yield strength, which can be attributed to the strong grain refinement strengthening and precipitation strengthening of Nb. The Nb addition can also lead to a little increase in ductility. The Nb-microalloyed steel treated by Q–P–T process displays much higher ductility than that treated by traditional quenching and tempering(QT) process. The mechanisms of Q–P–T process on ductility enhancement were fully analyzed and can be attributed to high quenching temperature and considerable amount of retained austenite.     

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。     

回火温度对不同淬火处理0.6C超级贝氏体钢组织及性能的影响

分析了不同回火温度下等温盐浴和淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理0.6C超级贝氏体钢的微观组织和力学性能。结果表明:经230 ℃×10 h+320 ℃×7 h两步法等温淬火处理后,试样在360~500 ℃温度区间出现明显的第二类回火脆性,而Q-P-T试样回火脆性温度区间为450~470 ℃,经Q-P-T工艺处理后,回火脆性温度区间明显变窄,试样力学性能全面提高。利用SEM、TEM、XRD等手段对显微组织进行表征,揭示了Q-P-T试样优于等温处理的两个主要因素:经Q-P-T工艺处理后,微观组织更为细化,随着亚晶界的增多,组织稳定性进一步增强,碳化物晶界偏聚受到阻碍,难以连接成网状,故经Q-P-T工艺处理后试样第二类回火脆性区间极大缩小;经Q-P-T工艺处理后薄膜状残留奥氏体含量增大,奥氏体更为稳定,有利于减弱第二类回火脆性的影响。     

用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火（沉淀）（Q-P-T）工艺

为进一步提高钢的强度,改造淬火-碳分配（Q—P）工艺,在超高强度钢的成分设计中加入碳化物形成元素Nb或（和）Mo,使在马氏体基体上析出碳化物,提出淬火-碳分配-回火（沉淀）（Q—P—T）工艺。将按设计超高强度钢大致成分的钢进行Q—P—T处理后,得钢的抗拉强度高达〉2000MPa,总断后伸长率〉10％。和迄今发展的各类含碳小于0．5％钢的综合力学性能相比,Q—P—T钢可能成为优异的超高强度钢。     

新型Q-P-T钢性能及其微观组织

为了提高钢的综合强塑性能,根据徐祖耀提出的淬火-分配-回火(Q-P-T)热处理新工艺,即在Fe-Mn-Si-C钢中加入合金元素Nb和V,利用碳化物弥散析出强化,开发出了性能比QP钢更为优越的Q-P-T钢,证实了Q-P-T工艺设想的预期结果。通过微观结构和力学性能表征着重研究了淬火温度对残留奥氏体含量和性能的影响,从而获得了试验钢最佳的淬火温度。     

Quantitative Analysis of the Crystallographic Orientation Relationship Between the Martensite and Austenite in Quenching–Partitioning–Tempering Steels

The orientation relationships(ORs)between the martensite and the retained austenite in low-and medium-carbon steels after quenching–partitioning–tempering process were studied in this work.The ORs in the studied steels are identified by selected-area electron diffraction(SAED)as either K–S or N–W ORs.Meanwhile,the ORs were also studied based on numerical fitting of electron backscatter diffraction data method suggested by Miyamoto.The simulated K–S and N–W ORs in the low-index directions generally do not well coincide with the experimental pole figure,which may be attributed to both the orientation spread from the ideal variant orientations and high symmetry of the low-index directions.However,the simulated results coincide well with experimental pole figures in the high-index directions{123}_(bcc).A modified method with simplicity based on Miyamoto’s work was proposed.The results indicate that the ORs determined by modified method are similar to those determined by Miyamoto’method,that is,the OR is near K–S OR for the low-carbon Q–P–T steel,and with the increase of carbon content,the OR is closer to N–W OR in medium-carbon Q–P–T steel.     

Atomic scale effects of alloying,partitioning, solute drag and austempering on the mechanical properties of high-carbon bainitic–austenitic TRIP steels

Understanding alloying and thermal processing at an atomic scale is essential for the optimal design of high-carbon (0.71 wt.%) bainitic–austenitic transformation-induced plasticity (TRIP) steels. We investigate the influence of the austempering temperature, chemical composition (especially the Si:Al ratio) and partitioning on the nanostructure and mechanical behavior of these steels by atom probe tomography. The effects of the austempering temperature and of Si and Al on the compositional gradients across the phase boundaries between retained austenite and bainitic ferrite are studied. We observe that controlling these parameters (i.e. Si, Al content and austempering temperature) can be used to tune the stability of the retained austenite and hence the mechanical behavior of these steels. We also study the atomic scale redistribution of Mn and Si at the bainitic ferrite/austenite interface. The observations suggest that either para-equilibrium or local equilibrium-negligible partitioning conditions prevail depending on the Si:Al ratio during bainite transformation.