新型热成形-淬火碳分配工艺

基于变形、相变、和碳分配同时实现的高强度钢设计思想,利用奥氏体区变形来细化晶粒,利用淬火与分配工艺使钢发生相变且进行碳分配来实现对硬相马氏体和软相残余奥氏体的调控,既一种新型热成形-淬火碳分配碳分配工艺,最终获得纳米级含有错位型马氏体和残余奥氏体的双相复合组织,这种工艺在不损害高强度钢强度的前提下,提高其力学性能,值得推广。     

汽车用高强钢的热成形-淬火碳分配工艺与组织性能

对热轧态Fe-Mn-Si-B系汽车用高强钢进行了热成形-淬火碳分配处理,研究了淬火温度和等温碳分配温度及时间对高强钢物相组成、组织与力学性能的影响。结果表明,热挤压成形后快淬至室温的试样中形成了马氏体组织,而淬火-碳分配工艺下都形成了细小的马氏体和残留奥氏体双相组织;不同热成形-淬火碳分配工艺下高强钢的强塑积都明显高于热成形后直接淬火至室温的试样,采用325℃×45 s淬火-碳分配后高强钢具有最高的强塑积(22 663 MPa·%),继续延长碳分配时间至60 s,高强钢的强塑积反而降低,这主要是由于韧性残留奥氏体发生部分分解而形成了下贝氏体组织。     

直接淬火-碳分配处理后高强度钢的组织与力学性能

采用一种中碳低合金高强度钢,在轧后进行直接淬火后再快速升温至400～600℃进行碳分配处理的直接淬火-碳分配(Quenching Partitioning)处理(DQP),研究DQP工艺对钢的组织与力学性能的影响。利用扫描电镜和透射电镜观察组织及析出物的变化,采用X射线衍射仪分析了钢中残留奥氏体体积分数。结果表明:DQP处理后,钢的组织为板条马氏体组织和残留奥氏体。马氏体板条宽150～250 nm;残留奥氏体位于马氏体板条间,随工艺参数不同,其体积分数在4%～8%。钢中析出物尺寸大多为20 nm左右。经过DQP处理后,钢的抗拉强度达到1200 MPa以上,伸长率15%～17%。-40℃冲击功达到30 J以上。合理的淬火终淬温度可以获得更多残留奥氏体,而升高分配温度会增加析出、并使析出物长大,这是提高钢的强度和韧性的主要原因。     

低碳Si-Mn系Q&P钢两相区的退火热处理工艺

研究一种新型的两相区不同退火温度的淬火和碳再分配热处理工艺对低碳硅-锰系Q&P钢的显微组织、精细结构的影响,并和奥氏体区退火的Q&P热处理工艺进行对比。通过SEM、TEM分析发现,采用两相区退火的Q&P工艺室温组织为板条马氏体、铁素体和薄膜状残留奥氏体。残留奥氏体以两种形态存在:处于马氏体板条间的薄膜状和位于原奥氏体晶界处的块状。两相区热处理后的Q&P钢,不仅抗拉强度高达1000 MPa以上,其伸长率也高达23%以上,体积分数高达11%的残留奥氏体在组织中起到了相变诱发塑性的作用。     

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。     

碳的梯度扩散分配对硅锰钢显微组织与力学性能的影响

利用碳在马氏体与奥氏体之间的扩散分配实现钢的组织结构与力学性能调控,是近年来钢铁材料领域的重要研究方向。基于碳的完全均匀分配,Speer提出了淬火-分配（Q-P）热处理工艺,本文总结了近年Q-P工艺碳分配机理研究和工艺实践。同时,根据碳在奥氏体和马氏体中的扩散分配过程分析,提出了碳的梯度扩散分配与控制理念,并开发出了分级-淬火-分配（S-Q-P）工艺,希望能获得低碳马氏体、残留奥氏体、高碳马氏体相间分布的组织。对35SiMn钢分别进行淬火-回火（Q-T）、Q-P及S-Q-P工艺试验,并测量力学性能及观察显微组织。结果表明,S-Q-P工艺处理后钢的强塑性积达到31.2 GPa%（1240 MPa×25%）,比传统Q-T和现行Q-P工艺分别提高67%和32%,其显微组织也接近于工艺设计的理想组织,证明了利用碳的梯度扩散分配可以实现对钢的组织与性能的调控。     

高强韧性冷作模具钢SDC55的Q-P-T工艺及性能

研究了高强韧冷作模具钢SDC55不同淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺处理后的组织和性能.使用J-Mat Pro软件辅助计算SDC55的Ms温度.利用相变仪测量材料在碳分配阶段相变情况.对Q-P-T处理之后SDC55的组织进行金相显微镜、扫描电镜研究.利用X射线衍射仪对Q-P-T处理过后的试样进行残留奥氏体测量.结果表明,试验钢经过Q-P-T处理之后与常规的淬火回火的硬度相当,韧性有所提高.经过Q-P-T处理后韧性提高的原因是由于残留奥氏体的稳定性提高.由于SDC55中含有较多的碳化物形成元素,在碳分配阶段有碳化物析出,并且由于马氏体/奥氏体的界面迁移和残留奥氏体的分解,导致经过Q-P-T处理之后残留奥氏体含量有所降低.     

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-碳分配-回火(Q-P-T)工艺浅介

传统淬火-回火工艺不能满足高强度钢兼具一定韧性和廉价的要求,Speer等为在淬火钢内稳定一定量的残留奥氏体,提出淬火-碳分配(Q-P)工艺,即淬火后在一定温度保温一定时间,碳自马氏体分配至残留奥氏体、因富碳而稳定化,以保证淬火高强度钢的塑性和韧性.在O-P工艺基础上,本文作者于2007年建议一个热处理的新工艺:淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺,即淬火至Ms～Mf后,除作碳分配外,还在一定温度回火一定时间,使析出复杂碳化物,以增加强化作用.Q-P-T钢含<0.5wt%C以防止脆性,含1.5wt%Si阻碍渗碳体的析出,促进碳分配,(1.0～1.5)wt%合金元素Mn(Ni)以降低Ms温度,以及少量复杂碳化物形成元素Nb和Mo.含0.48wt%C的Q-P-T钢经Q-P-T处理后显示抗拉强度为2 160 MPa,总伸长率11%;含0.2wt%C的Q-P-T钢具抗拉强度1 150 MPa,总伸长率17%;含0.1wt%C的Q-P-T钢具有抗拉强度900 MPa和较高韧性.初步设想了Q-P-T工艺的热力学和动力学,有必要作进一步研究使Q-P-T钢的成分和性能进一步优化.     

残留奥氏体含量对20SiMn2MoV钢强韧性的影响

采用新型Q-P-T(淬火-碳分配-回火)工艺对20Si Mn2Mo V钢进行热处理,通过改变淬火介质温度(QT)和碳分配+回火时间(PT+TT),改变其组织,旨在提高钢的强韧性。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试等手段,研究了新型Q-P-T工艺对20Si Mn2Mo V钢、微观组织及其对力学性能的影响。结果表明,20Si Mn2Mo V钢经Q-P-T工艺处理获得了板条马氏体+含量较多的残留奥氏体,残留奥氏体含量为8%~11%;试样拉断后,测量试样中残留奥氏体的体积分数变化,显示了残留奥氏体量明显减少。通过对比应力-应变曲线发现,在缩颈前试样曲线斜率发生了明显变化,因此,20Si Mn2Mo V钢在拉伸过程中表现出明显的相变诱发塑性(TRIP)效应;淬火介质温度为110℃,碳分配90 s时,钢的抗拉强度为1331MPa,伸长率达23.0%,强塑积为30613MPa·%,具有优良的强韧性匹配,强韧性得到提高。     

CrNi3Si2MoVNb钢淬火和碳再分配处理的相变行为

用膨胀法和高温激光共聚焦显微镜分别对CrNi3Si2MoVNb钢经淬火和碳再配分(QP,Quenching and Partitioning)工艺的相变及马氏体相变的组织不均匀性进行表征,讨论了组织不均匀性对QP工艺钢微观组织的影响。结果表明,CrNi3Si2MoVNb钢第一次淬火过程中先形成马氏体在某些区域的批次增加,将原奥氏体晶粒分割成尺寸不同的若干区域,尺寸较大的未转变奥氏体稳定性较差,最终淬火过程中容易发生马氏体转变成二次淬火马氏体,而尺寸较小的更易于成为残留奥氏体。     

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。     

含Cu低碳钢马氏体相变原位观察

以一种含Cu低碳钢为研究对象,利用高温激光共聚焦显微镜对IQP(两相区加热奥氏体化+淬火+碳配分)工艺处理的钢的马氏体相变过程进行了原位观察。采用扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等手段对其组织演变进行了表征。结果表明:在加热过程中,奥氏体在珠光体、渗碳体界面和铁素体晶界及晶内同时形核;在淬火过程中马氏体优先在奥氏体晶界及晶内位错缠结处形核长大,新生马氏体在先形核马氏体板条上形核并与其呈一定取向关系生长;合金元素由铁素体向奥氏体配分导致淬火后组织残留更多的奥氏体,化学势驱动C原子由马氏体向未转变奥氏体中配分使残余奥氏体稳定性提高,两者协同作用促使IQP处理后的试验钢获得更多的残余奥氏体。     

退火及配分温度对Si-Mn系Q&P钢组织和性能的影响

研究了两相区不同退火温度及不同配分温度的淬火和碳再分配热处理工艺对低碳硅-锰系Q&P钢的显微组织、精细结构、力学性能及残留奥氏体含量的影响。结果表明,采用两相区退火的Q&P工艺室温组织为板条马氏体、铁素体、薄膜状和块状残留奥氏体;随退火温度的升高,实验钢抗拉强度和屈服强度呈上升趋势,伸长率呈下降趋势,残留奥氏体含量先上升后下降;随配分温度的升高,实验钢抗拉强度呈下降趋势,屈服强度、伸长率和残留奥氏体含量呈上升趋势;经Q&P工艺处理后的实验钢强塑积可达28215 MPa·%。     

淬火-配分处理对二次淬火时钢中残留奥氏体分解转变的影响

对0.26C-1.72Si-1.56Mn钢进行了不同碳配分时间的淬火-配分(Q-P)处理,并研究了其组织,特别是二次淬火中奥氏体的分解转变。结果表明:Q-P处理后都形成了板条马氏体+二次淬火组织,且二次淬火组织中都存在孪晶马氏体;碳配分时间在10~300 s范围内,Q-P处理后残留奥氏体中的C含量均高于1.0wt%,残留奥氏体的含量不低于11%(体积分数),有利于钢韧性的改善;初次淬火后未转变奥氏体的形态和尺寸是影响其稳定性的关键因素,初次马氏体板条界膜状奥氏体容易形成残留奥氏体;相对于块状未转变奥氏体,条状未转变奥氏体容易形成二次淬火马氏体及片状残留奥氏体。     

钢的淬火-分配(Q-P)处理研究现状与进展

钢的淬火-分配(Q-P)热处理工艺是2003年由美国Speer等提出的一种钢的热处理新工艺。Q-P工艺因获得马氏体+残留奥氏体混合组织而使钢具有较高的强韧性。结合作者的研究工作,对国内外Q-P工艺的研究现状与进展加以概述,并对其实现工业化生产提出展望。     

热处理工艺对低碳硅锰TRIP钢力学性能的影响

低碳硅锰钢经临界区等温淬火，残留有大量的奥氏体。该钢在Ma～Md温度之间形变，因钢中大量稳定的残余奥氏体的应变诱导马氏体相变和相变诱发塑性(TRIP)，可获得高的强度、塑性以及良好的强度与塑性的配合。通过对其力学性能测试与显微组织分析，对低碳硅锰钢热处理工艺及钢中残余奥氏体的相变诱发塑性行为进行了探讨。结果表明：钢在400℃等温淬火的热处理工艺，所获得的力学性能最佳。     

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·%。     

一种新型Q-P-T钢的工艺与组织性能

设计和研究了一种新型高铝(1.8％Al)淬火-碳分配-回火(Q-P-T)高强钢.基于JMatPro 6.0软件和约束条件碳平衡热力学(Constrained Carbon Equilibrium,CCE)模型的模拟计算结果,制定了该钢的热处理工艺,进行了盐浴热处理和力学性能实验,并通过SEM和TEM对实验钢的组织进行了观察与分析.结果表明:Q-P-T实验钢的组织主要由板条马氏体、一定数量的富碳残留奥氏体和弥散分布的碳化物组成,其中马氏体和弥散的碳化物主要提供强化,残留奥氏体则主要起到提高塑性的作用.实验钢经Q-P-T处理后获得了高抗拉强度(1260 MPa)和塑性(18％)的良好匹配且其热处理工艺容易控制,验证了高铝钢采用Q-P-T热处理的可行性.     

低碳Si-Mn钢的直接淬火-动态配分(DQ&P)工艺

以含碳量为0.078%的Si-Mn钢为研究对象,采用直接淬火-动态配分(DQP)工艺,研究了不同淬火温度对显微组织和宏观硬度的影响。结果表明,经DQP工艺处理后的低碳钢,组织以铁素体、马氏体/贝氏体为主,残留奥氏体的含量在4.3%~7.2%之间,当淬火温度为320℃时,达到最大值7.2%。通过透射电镜观察发现,残留奥氏体主要以块状的形式分布于铁素体/马氏体和铁素体/贝氏体的界面,少量尺寸较小的残留奥氏体以薄膜状的形态分布于马氏体/贝氏体板条间。不同淬火温度下,硬度值在253~264 HV10之间,随淬火温度变化幅度较小,并且在240℃和320℃时达到最大值264 HV10。该研究表明,采用轧制变形和元素配分的方式能极大限度地稳定残留奥氏体,使得含碳量为0.078%的低碳钢能获得高达7.2%的残留奥氏体,为合金元素减量化的QP钢生产提供了新方法。