低碳硅锰钢I&P&Q工艺中Mn配分行为及对组织性能的影响

采用双相区保温淬火（I&Q）和双相区保温+奥氏体化淬火（I&P&Q）工艺和直接淬火（DQ）工艺,结合热力学计算,研究了低碳硅锰钢热处理过程中Mn配分行为及其对组织演变和力学性能的影响机制。结果表明：经I&Q工艺处理,Mn在室温马氏体中出现了明显富集,马氏体以条状、块状、团状三种形态分布,化学位梯度驱使着Mn由铁素体向奥氏体中配分,Mn在晶界处的配分行为影响着晶界的迁移方向,使得形成不同形态的奥氏体晶粒; I&P&Q工艺处理后Mn在马氏体中呈不均匀分布,较DQ工艺,I&P&Q工艺使钢的伸长率由5.2%提高到10.9%,强塑积提高了6812 MPa·%。     

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.     

含Cu低碳钢I&Q&P工艺处理后的组织与性能

对一种含Cu低碳硅锰钢分别采用IQ、QP和IQP热处理工艺,研究双相区Cu配分行为并分析其对马氏体组织形貌、残留奥氏体及力学性能的影响。结果表明,试验钢经IQ工艺处理,在双相区保温时Cu元素从铁素体向奥氏体中配分,Cu配分明显,并且不影响C和Mn的配分效果。试验钢经IQP工艺处理后,组织基本为板条马氏体,且马氏体板条清晰,部分板条有断裂的现象。与经QP工艺处理相比,试验钢经IQP工艺处理后残留奥氏体体积分数显著提高,从9.6%提高到了13.2%。对比QP工艺,试验钢经IQP工艺处理后,抗拉强度有一定降低,但伸长率大大提高,强塑积达到27 GPa·%。     

含Cu低碳钢双相区形变+IQ处理的组织及Cu配分行为

采用双相区保温-淬火(IQ)及双相区形变-保温-淬火热处理工艺,研究了形变对一种含Cu低碳钢的组织演变及其Cu配分行为的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及电子探针(EPMA)等手段对组织演变及Cu配分行为进行了表征。结果表明:IQ工艺处理后,试验钢由多边形铁素体和珠光体的初始组织转变为铁素体和马氏体双相组织,少量多边形铁素体转变形板条马氏体;双相区形变+IQ处理后组织中多边形铁素体由于形变力作用发生微小变形且含量降低,板条马氏体含量显著增加;IQ工艺下组织中含Cu最高区域的Cu元素平均浓度为0.896,而采用双相区形变+IQ处理的组织中为1.025,是基体平均Cu浓度的2.5倍,且其富Cu区域面积比为23.8%。上述结果表明,通过IQ处理前的形变处理提高空位浓度,可以有效促进Cu配分效果。     

低碳高强钢合金元素配分行为对残余奥氏体和力学性能的影响

采用双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺,研究了合金元素配分行为对C-Si-Mn系高强钢微观组织和力学性能的影响.结果表明,在760℃随着保温时间的延长,双相区中奥氏体相的体积分数逐渐增多直至达到饱和,而铁素体向奥氏体扩散的Mn元素含量也逐渐增多直至在两相间达到化学势平衡,后加热至930℃保温120 s,再淬火至220℃,配分过程中发生了C从马氏体向奥氏体中的扩散偏聚.经该工艺处理后实验用钢的抗拉强度为1310 MPa,延伸率可达12%,强塑积达到15720 MPa·%,相比传统淬火+碳配分工艺,双相区保温+奥氏体化淬火+低温退火的热处理工艺过程中Mn配分和C配分共同作用能够显著提高钢中残余奥氏体的含量和稳定性,从而提高高强钢的室温成形能力.     

低碳硅锰钢双相区组织演变及C、Mn配分热力学的研究

利用Thermo-calc计算,采用双相区保温淬火(IQ)工艺对低碳硅锰钢双相区等温过程中的组织演变和C、Mn配分热力学进行了研究。结果表明:在双相区,C、Mn在奥氏体中的固溶度随温度升高呈递减趋势且远大于铁素体,为C、Mn配分提供了热力学条件;在800℃等温不同时间后淬火,室温组织为铁素体、马氏体加少量M/A岛,等温30 min时接近平衡相变;双相区等温过程中C、Mn由铁素体向奥氏体中配分,使得部分小的奥氏体晶粒热稳定性提高,淬火后形成室温残余奥氏体。     

低碳钢双相区奥氏体组织特征及形成机理研究

采用双相区再加热-淬火(IQ)工艺,研究了初始组织为铁素体-珠光体的低碳钢在双相区退火过程中奥氏体的组织特征及形成机理。结果表明,经890℃奥氏体化900 s后空冷处理,获得了等轴状铁素体和块状或条状珠光体双相组织的钢,经随后的双相区750℃再加热-淬火(IQ)工艺处理,在铁素体-珠光体初始组织的基础上获得了由亚温铁素体和块状或条状马氏体组成的双相组织。初始组织为铁素体-珠光体的钢在双相区再加热过程中,C、Mn元素在铁素体和奥氏体两相之间的配分行为控制着奥氏体的形核与长大,该过程分为三个阶段:奥氏体在珠光体片层间形核以及C在奥氏体内的扩散控制奥氏体向珠光体组织的生长;C在铁素体与奥氏体间扩散控制奥氏体继续向周围铁素体生长;Mn向奥氏体扩散并控制铁素体-奥氏体两相达到最终的平衡状态。     

C、Mn元素对淬火配分贝氏体钢残留奥氏体稳定性的影响

采用双相区保温-淬火(IQ)、淬火-配分-贝氏体区等温(QPB)和双相区保温-淬火-配分-贝氏体区等温(IQPB)热处理工艺,研究C、Mn元素对残留奥氏体热稳定和机械稳定性的影响。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子探针(EPMA)对试验钢的组织形貌、残留奥氏体含量及合金元素分布进行表征。结果表明,试验钢在双相区保温过程中C、Mn元素由铁素体向奥氏体扩散,在奥氏体发生富集,使奥氏体的热稳定性增强;在形变过程中由于C、Mn元素的稳定作用使残留奥氏体的机械稳定性提高。试验钢经IQPB工艺处理后,抗拉强度为1098 MPa,伸长率达20%,其强塑积达21 960 MPa·%,与QPB工艺相比,强塑积提高了6840 MPa·%。     

奥氏体化对I&Q&P工艺低碳钢Mn配分组织与性能的影响

通过双相区等温-水淬(IQ)和双相区等温-奥氏体化-盐浴等温后水淬(IQP)处理工艺,采用电子探针(EMPA)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉伸实验等手段,研究了低碳硅锰钢中Mn元素的配分行为及奥氏体化工艺参数对IQP工艺处理后材料的组织与性能的影响。结果表明:经IQP工艺处理,短时奥氏体化后并未消除IQ工艺Mn配分效果,其室温组织为板条状马氏体和残留奥氏体。随奥氏体化程度增加,材料的抗拉强度先升高后降低,最高可达1267 MPa,材料的伸长率不断降低。在恰好完全奥氏体化时的晶粒尺寸较小且C、Mn聚集程度最佳,此时残留奥氏体含量最高,伸长率的降低得以补偿。最高强塑积可达30345 MPa·%,实现了强度和塑性的优良结合。     

两相区位错增殖对Mn元素配分及低碳钢贝氏体组织的影响

采用两相区变形-保温-淬火(DIQ)热处理工艺,研究低碳钢两相区变形位错增殖作用下Mn元素配分行为及其对贝氏体组织的影响规律。通过OM、SEM、TEM、EPMA和XRD等手段对组织成分、位错密度、合金元素分布等进行表征。结果表明,变形后的铁素体晶粒和马氏体板条细化、块状马氏体数量减少;位错密度由0.36×10~(14)m~(-2)增加至1.20×10~(14)m~(-2),位错滑移的相互运动提高了空位浓度及间隙溶质原子数量,加速了C、Mn元素在a相与g相中的扩散速率,促进了Mn在两相区的配分效果,C、Mn元素富集量及富集区域增多。采用两相区变形-保温-奥氏体化-淬火-贝氏体区保温-淬火(DIQPB)热处理工艺,残余奥氏体的体积分数由11.5%提高到13.9%,残余奥氏体中的C含量由1.14%提高到1.28%。     

Cu配分时间对I&Q&P处理钢组织性能影响

通过IQ(两相区退火+淬火)和IQP(两相区退火+淬火+配分)热处理工艺,采用EPMA、SEM和XRD等手段,研究含Cu低碳钢Cu配分行为及不同配分时间对组织性能的影响。结果表明,在双相区保温过程中,试验钢的C、Cu和Mn三种元素均从铁素体向奥氏体中配分,且Cu元素配分效果明显。经IQP工艺处理的钢的组织是板条马氏体和残余奥氏体,随着Cu配分时间增加,原始晶粒尺寸变大,马氏体组织变大、板条变粗。随着Cu配分时间增加,钢的抗拉强度逐渐减小,伸长率先增加后减小。残余奥氏体体积分数的变化趋势和伸长率的变化趋势基本一致,在配分时间为40 min时,残余奥氏体体积分数和伸长率达到最大值,此时材料综合力学性能最佳,抗拉强度为1076 MPa,强塑积达到26254.4 MPa·%。     

马氏体钢双相区奥氏体组织特征及形成机理

采用双相区再加热-淬火（IQ）工艺,研究了马氏体钢在双相区再加热过程中奥氏体的组织特征及形成机理。结果表明,经890 ℃奥氏体化900 s后淬火处理获得板条马氏体组织的试验钢,经随后的双相区750 ℃再加热-淬火处理,在马氏体组织的基础上获得了由亚温铁素体和块状或针状马氏体组成的双相组织。马氏体钢在双相区再加热过程中,针状奥氏体的形成过程可以分为3个阶段：以板条马氏体间碳化物（Fe₃C）为奥氏体形核点及C元素在奥氏体内的扩散控制奥氏体在板条界间生长;板条马氏体内C向奥氏体内扩散控制其沿板条方向长大;Mn向奥氏体扩散并控制铁素体-奥氏体两相达到最终的平衡状态。钢在750 ℃再加热过程中,C、Mn元素由铁素体向奥氏体相中扩散,其扩散过程控制着奥氏体的形核与长大,扩散的结果是C、Mn元素在奥氏体内富集,实现C、Mn元素在两相之间的配分。     

Mn配分时间对低碳硅锰钢I&Q&P处理后组织与性能影响

通过IQP(两相区退火+淬火+配分)处理工艺,采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段,研究了低碳硅锰钢中Mn元素的配分行为及其配分工艺参数对IQP处理后组织与性能的影响。结果表明:经IQP工艺处理,奥氏体化后并未消除IQ工艺Mn配分效果,室温组织为板条状马氏体、残余奥氏体及少量块状马氏体。在相同配分温度下,随着配分时间延长,残余奥氏体含量是先增加后减小。材料抗拉强度总体呈现下降趋势;伸长率变化与残余奥氏体量的变化趋势基本一致。其综合性能最佳的强塑积可达29046.65 MPa·%。     

Fe-C-Mn-Cu钢I&Q处理中Cu元素的配分行为

对一种含Cu低碳硅锰钢进行双相区保温淬火(IQ)热处理工艺,采用电子探针和扫描电镜研究其双相区元素配分规律和元素配分对马氏体形貌的影响。结果表明,在800℃的双相区,C、Mn、Cu分别从铁素体向奥氏体中配分,Cu配分效果明显,并且不影响C、Mn配分效果。随着保温时间的延长,高Cu区域的面积和钢中Cu的最高浓度均呈增长趋势,在2400 s时达到化学势平衡状态。马氏体体积分数随着保温时间的延长逐渐增加至饱和,马氏体从块状向板条状转变。     

低碳钢IQ&P工艺下元素配分行为及对组织性能影响

采用双相区再加热-淬火-碳配分(IQP)工艺,研究了双相区不同等温时间下低碳钢中元素配分行为,并分析其对组织形貌、残余奥氏体及力学性能的影响。结果表明:在IQP工艺中,在750℃随等温时间的延长,Mn元素向逆转奥氏体内富集现象逐渐明显,等温时间超过300s后,C元素在两相之间的配分效果不随时间的延长而改变;在750℃等温处理过程中,原奥氏体晶界生成块状逆转奥氏体,马氏体板条界间生成针状逆转奥氏体;随等温时间的延长,钢的最终组织中针状铁素体体积分数不断减小,而块状及针状马氏体体积分数不断增大,同样残余奥氏体体积分数也不断增大;在C、Mn元素的综合作用下,钢的抗拉强度不断增大,断后伸长率先减小而后增大,等温1800s时,钢的强塑积达到最大值21GPa%。     

配分制度对低碳硅锰钢组织性能及残余奥氏体的影响

研究了低碳硅锰钢经IPQ和IQP工艺处理后的组织性能。结果表明:经IPQ工艺处理得到的马氏体板条较IQP工艺粗大,IQP工艺下的部分板条马氏体形貌模糊;IPQ工艺利用Mn配分使钢具有12.6%的伸长率,强塑积16128MPa·%,IQP工艺利用Mn配分和C配分的综合作用,使得伸长率大幅提高,强塑积达到33715 MPa·%;较IPQ工艺只有Mn配分作用稳定残余奥氏体,IQP工艺在Mn、C配分共同作用下,使残余奥氏体量较IPQ工艺提高了6%。     

两相区退火时间对低碳硅锰贝氏体钢组织与性能的影响

以低碳硅锰钢为研究对象,采用两相区退火(I&Q)和两相区退火+奥氏体化+贝氏体等温处理(I&Q&PB)工艺,对两相区退火过程中的Mn配分行为以及I&Q&PB工艺中两相区保温时间对钢的组织和性能的影响进行研究。结果表明,两相区保温过程中Mn元素由铁素体向奥氏体扩散。I&Q&PB工艺中,当两相区保温时间为5~10 min时,显微组织主要是粒状贝氏体;当达到20~60 min时,随着保温时间延长,显微组织主要为弥散分布的马奥岛以及晶界边缘逐渐出现的块状马奥岛组成的粒状组织,抗拉强度未发生明显变化;受到残余奥氏体稳定性的影响,伸长率呈现先升高后降低的趋势。     

0.17C-1.83Mn-1.58Si钢组织性能及C、Mn配分增塑机制

研究了不同工艺处理时C、Mn配分对0.17C-1.83Mn-1.58Si钢组织性能和残留奥氏体的影响,结果表明：钢经不同工艺处理后组织都为马氏体,其中DQ工艺处理后马氏体部分呈块状形态,Q&P工艺得到的马氏体板条较I&P&Q工艺更细长,I&Q&P工艺得到“板条束”马氏体形貌;钢经I&P&Q工艺处理后伸长率较DQ工艺提高了5.7%,残留奥氏体量为3.7%;,钢经Q&P工艺处理后伸长率达到22.8%,残留奥氏体量提高到6.8%;经I&Q&P工艺处理钢具有最优异的力学性能,强塑积达到31 800 MPa·%,残留奥氏体量达到最大的10.6%;Mn配分是在奥氏体化之前提高奥氏体稳定性,C配分增塑效果高于Mn配分,C、Mn配分综合作用使钢具有最优的组织性能。     

C、Mn元素配分对淬火-配分贝氏体钢摩擦磨损的影响

采用淬火-配分-贝氏体区等温(QPB)和双相区保温-淬火-配分-贝氏体区等温(IQPB)两种热处理工艺并进行对比,通过摩擦磨损试验来研究C、Mn元素对残留奥氏体稳定性的影响。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)对试样的显微组织、残留奥氏体含量及C、Mn元素分布进行表征。结果表明:在双相区保温过程中,C、Mn元素发生配分,在奥氏体中富集。摩擦磨损试验后,QPB试样中的残留奥氏体体积分数从7. 24%减少到4. 36%,维氏硬度从417 HV0. 02增加到526 HV0. 02,磨损体积为0. 252 mm~3。IQPB试样中的残留奥氏体体积分数从9.11%减少到7.58%,维氏硬度从384 HV0.02增加到413 HV0. 02,磨损体积为0. 268 mm~3。IQPB试样在摩擦磨损试验前后残留奥氏体体积分数、维氏硬度没有QPB试样变化明显,表明在摩擦磨损过程中,C、Mn元素使残留奥氏体稳定性提高,残留奥氏体不易向马氏体转变。     

淬火配分贝氏体钢不同位置残余奥氏体C、Mn元素表征及其稳定性

采用部分奥氏体化-两相区保温-淬火-配分(IQPB)热处理工艺,借助SEM、TEM、XRD研究了淬火配分贝氏体钢组织形貌及残余奥氏体特征,利用EPMA、EBSD、纳米压痕等表征了不同位置残余奥氏体中合金元素的分布情况,结合室温拉伸应力-应变曲线,研究了C、Mn元素对不同位置残余奥氏体稳定性的影响及其相变规律。结果表明,淬火贝氏体钢室温组织中残余奥氏体以块状和薄膜状形态存在。在拉伸形变过程中,发生TRIP效应,残余奥氏体体积减小,相变优先发生在铁素体晶界,最后发生在贝氏体板条之间,C、Mn元素对残余奥氏体有稳定作用,使残余奥氏体不易发生相变。拉伸断口处应力集中,残余奥氏体完全转变为马氏体,距离断口2和4 mm处,残余奥氏体体积分数分别为3.12%和5.03%。薄膜状残余奥氏体比块状残余奥氏体稳定性更强,并且111γ晶向的残余奥氏体不稳定,容易向马氏体转变。