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。     

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。     

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。     

Q&P钢奥氏体相变动力学模型研究

针对Q&P钢实际生产中需要建立适用于连退工艺的奥氏体相变动力学模型的问题,通过热膨胀试验测得了在不同加热速率条件下Q&P钢的奥氏体相变膨胀曲线,基于JMAK方程建立了适用于连退工艺的奥氏体相变动力学模型,计算得到了试验钢相变激活能Q=9.66×10⁵J/mol,相变动力学参数n=0.185,lnk₀=104.64。利用DIL805A/D 膨胀仪对试验钢在两相区进行了保温+淬火试验,确定了不同工艺下的奥氏体体积分数。结果表明:当保温温度一定时,在较短时间奥氏体体积分数达到峰值,延长保温时间奥氏体体积分数增加缓慢;在相同保温时间下,保温温度越高,奥氏体体积分数越大。模型计算的奥氏体体积分数与试验结果吻合良好,能够准确预测奥氏体相变的体积分数。     

中锰Q&P钢连续退火过程碳元素分配行为

采用扫描电镜、X射线衍射等研究了连续退火工艺中退火、淬火和配分等关键过程参数对中锰Q&P钢碳元素分配行为的影响,并分析了相应工艺条件下残留奥氏体量与碳含量的关系。结果表明:两相区退火温度的提高会导致奥氏体中的碳含量下降,微观组织表现为奥氏体含量增加,渗碳体量减少;退火时间10~60 s时,随着退火时间的延长,奥氏体含量和碳含量急剧增加,60 s后基本保持稳定;试验条件下淬火温度对残留奥氏体及碳含量的影响不显著;配分温度350~500℃时,随着配分温度的提高,奥氏体含量和碳含量呈现先增加后减小的趋势,配分温度450℃时均达到最大值;延长配分时间,残留奥氏体含量呈现先减少后增大再减少的趋势,残留奥氏体中的碳含量先减小后增加。     

Q&P热处理工艺对C-Si-Mn钢组织性能的影响

对C-Si-Mn冷轧低碳钢进行了淬火与配分(Q&P)处理.利用热膨胀仪、光学显微镜、扫描电镜、电子万能试验机、X射线衍射等实验手段,研究了实验钢奥氏体化温度和奥氏体化保温时间对相变组织的影响,并探讨了显微组织和力学性能随Q＆P工艺中配分温度和配分时间等工艺参数的变化规律.结果表明,Q&P配分温度和配分时间强烈影响最终残留奥氏体含量.本实验中最佳配分工艺下,残留奥氏体量(体积分数)可以达到10％以上,从而使试验钢具有良好的强塑积.其伸长率约15.5％,抗拉强度为1352 MPa,强塑积可达到21000 MPa·％以上.     

超高强Q&P钢淬火温度对组织和性能的影响

研究了淬火温度对Q&P钢微观组织和力学性能的影响,并通过经验公式及CCE平衡的计算,确定出理论的最佳淬火温度,并与实验结果相对比.结果表明,随淬火温度升高马氏体量降低、奥氏体量升高,使得钢的强度降低,塑性升高,在250℃时能取得较好的强塑积,与计算值较为吻合.     

配分时间对Q&P钢组织及性能的影响

在传统C-Mn-Si钢的基础上,采用在线热处理,并通过光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验等对一步淬火配分处理后试验钢的微观组织及力学性能进行了研究,且讨论了配分时间对材料组织性能的影响。结果表明:试验钢组织由板条马氏体和残留奥氏体组成,随着配分时间的增加,也有少量贝氏体生成,残留奥氏体含量先上升后下降,马氏体的板条组织逐渐模糊并软化;抗拉强度和屈服强度都逐渐降低,伸长率先升高后降低。配分30 s时综合性能最佳,抗拉强度为989 MPa,伸长率为23.5%,强塑积达到23.24 GPa·%。     

低碳硅-锰系Q&P钢的热处理工艺及实验室研究

在GLEEBLE3800热模拟机上模拟了低碳Si-Mn系Q&P(Quenching and Partitioning)钢的控冷热处理工艺.结果表明,Q&P钢具有高的抗拉强度(σb=1050 MPa)和良好的塑性(δ=25%).采用扫描和透射电镜进行了组织观察与分析,发现其组织主要由板条马氏体和8%～15%的残留奥氏体组成,残留奥氏体呈膜状.利用XRD技术对残留奥氏体进行了定量分析并用扫描电镜进行了断口观察.结果表明,拉伸试样纤维区为比较典型的韧窝状形貌,体现出良好的韧性断裂特征,残留奥氏体在组织中起到了相变诱发塑性的作用.     

淬火加热温度对超细晶Q&P钢组织性能的影响

研究了淬火加热温度对超细晶Q&P钢微观组织、元素分布、残留奥氏体体积分数和力学性能的影响。结果表明,当淬火加热温度升高时,铁素体含量逐渐减少,马氏体含量升高,残留奥氏体含量呈现先增加后减少的趋势,高淬火加热温度下C元素的扩散速率加快,残留奥氏体的机械稳定性更好。软相铁素体的存在为试验钢提供了良好的韧性。当淬火加热温度为820 ℃时,Q&P钢的综合力学性能最好,抗拉强度为863 MPa,伸长率为26.1%,强塑积为22.5 GPa·%。     

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.     

Q&P工艺对22MnB5钢微观组织及力学性能的影响

利用光学显微镜、拉伸试验机、扫描电镜、XRD和EBSD等手段对22MnB5钢的微观组织及力学性能进行了表征,并重点分析了一步法Q&P工艺处理后的22MnB5钢中残留奥氏体含量及残留奥氏体中碳含量与力学性能的关系。结果表明：采用一步法Q&P工艺,可以获得抗拉强度超过1400 MPa,伸长率超过15%的超高强度22MnB5钢板。随着淬火温度从240 ℃升高至300 ℃,22MnB5钢的组织由马氏体转变为马氏体+残留奥氏体复相组织,试样中的残留奥氏体含量逐渐增加。相同配分温度延长配分时间,残留奥氏体含量呈现先增加后降低趋势。不同热处理工艺下残留奥氏体中的平均碳含量为1.49wt%。采用一步法Q&P热处理工艺可以使残留奥氏体中富集碳,提高残留奥氏体稳定性,强塑积可以达到22.14 GPa·%。     

热变形+Q&P工艺处理钢的微观组织和硬度

在Gleeble-3800热模拟试验机上对一种低碳CrNi3Si2MoV钢进行了热变形+Q&P和Q&P两种工艺处理,探讨热变形对Q&P钢微观组织和硬度的影响,用SEM和TEM进行微观组织表征,用X-Ray测量残留奥氏体体积分数.结果表明,与Q&P工艺处理的样品相比,热变形+Q&P工艺处理的样品残奥量提高8.1％,抗拉强度降低60 MPa,断后伸长率提高2.4％,热变形导致晶粒细化同时引入大量位错,利于提高Q&P工艺钢未转变奥氏体的稳定性,从而提高残留奥氏体量.热变形+Q&P工艺处理样品中,由于大量碳扩散到残留奥氏体中,导致钢的强度略有降低,而残奥量及其稳定性较高,其TRIP效应更明显.     

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。     

Q&P工艺对20Si2Mn钢组织和力学性能的影响

对经不同QP工艺处理后的20Si2Mn钢静拉伸性能进行研究。结果表明,QP处理过程中,随着淬火终点温度的升高,试验钢的抗拉强度逐渐降低,伸长率逐渐升高且普遍高于10%;随着配分时间的延长,试验钢的抗拉强度随之降低,但伸长率随之升高,最高达到16.8%。在TA=900℃、TQ=270℃、TP=400℃、tP=300 s的条件下,其显微组织组成相为减碳马氏体、富碳的残留奥氏体时最终获得了21 430 MPa·%的最高强塑积。     

Q&P钢中残留奥氏体的稳定性

利用EBSD技术开发了一种残留奥氏体(以下简称残奥)形态、尺寸的定量分析方法,并用该方法结合XRD法对QP钢中残奥的机械稳定性进行了研究。研究表明,在变形的初期,QP钢残奥的机械稳定性首先受其碳含量的影响,碳含量越低,残奥的稳定性越差。在变形的初期这部分含碳量低的残奥会首先发生马氏体转变。在QP钢变形的不同阶段,各种尺寸、各种形态的残奥的稳定性会发生变化。QP钢中长宽比大于5的残奥的稳定性最差,在拉伸变形的初期这部分残奥会优先转变成马氏体,相对转变量超过47%。尺寸过小或过大的残奥都不是很稳定,在拉伸的初期就容易发生马氏体转变。     

含铌TRIP钢的显微组织和残留奥氏体稳定性分析

研究了含Nb与不含Nb两种冷轧TRIP钢热处理后的显微组织和力学性能,并用X射线衍射法计算了TRIP钢中残留奥氏体含量及残留奥氏体中的碳含量.试验结果表明,TRIP钢中铁素体体积分数随退火温度的升高逐渐减少,在相同热处理工艺下,与不含Nb试样比较,含Nb试样的残留奥氏体中碳含量较高,强塑积较大.残留奥氏体量大约相同时,含Nb试样残留奥氏体更为稳定,综合力学性能也更好.     

Gleeble3500试验机模拟Q&P工艺

实验Q&P钢(0.31C-1.325i-135Mn)Gleebe3500上模拟Q&P工艺,经900℃奥氏体化后淬火至290℃,保温15 s后升温至配分温度450℃,分别保温10、60和120 s后淬火至室温.为了解决在Gleeble3500上初始淬火过程中冷速不均的问题,本文采用分段淬火的方法.结果表明,采用改进淬火方法并且配分时间为60s的实验钢,具有高的强塑积,并且组织中存在明显的板条马氏体及条间稳定的残余奥氏体.