基于M~3组织调控的第三代低合金钢研发进展

随着工程结构用钢朝着建筑设施的高层化、工程设备大型化、抗震耐火安全化以及材料减量经济化方向发展,开发高强、高塑、高韧性、低屈强比以及良好的焊接性能相结合的高性能结构钢产品已经成为人们所关心的热点。北京科技大学尚成嘉教授课题组创新性地提出了多步热处理法,成功在低碳低合金钢中实现了"多相组织、亚稳奥氏体、多尺度析出"(M3)组织,开发了500MPa级以上高强度、高塑性、高韧性的第三代低合金钢。文章梳理了第三代低合金钢组织控制思路,对比分析了第三代低合金钢与传统钢铁材料的力学性能,着重概述了M3组织形成机理(尤其在亚稳奥氏体调控机理)及组织性能关系。最后对第三代低合金钢应用前景及未来的挑战进行了展望。     

退火时间对热轧超细晶亚稳钢组织和性能的影响

研究了热轧汽车用超细晶亚稳钢两相区温度630℃下退火时间对组织和力学性能的影响,利用SEM、TEM等方法对实验钢进行了组织结构表征,利用XRD法测量了室温组织中的残留奥氏体量,通过拉伸试验机测试了钢的单轴拉伸性能。结果表明:在630℃下退火,保温5 min后室温组织中存在50%以上的亚稳奥氏体,随着保温时间的延长,残奥含量先增加后减少,残奥含碳量逐渐降低;抗拉强度先逐渐升高然后略有降低,但都保持在1100 MPa以上,伸长率也先增加后减小;在630℃保温3 h后,断后伸长率(33.5%)和强塑积(38.3 GPa·%)获得最大值,抗拉强度达到1142 MPa,综合力学性能最佳。分析认为,热轧钢中大压下产生大量的位错、畸变和在两相区退火中奥氏体的形核与长大是实验钢获得组织超细化的原因;大量亚稳奥氏体的TRIP效应和超细晶基体共同作用实现了实验钢高强度和高塑性。     

Nb、V、Ti微合金化在汽车用TRIP钢中的应用进展

作为目前新兴的汽车用钢,由铁素体、贝氏体和残留奥氏体组成的TRIP钢兼备优异的强度和塑性,发展前景广阔。TRIP钢中残留奥氏体含量、奥氏体中碳含量以及各相组织的微观形态对TRIP钢的性能有着重要的影响。添加Nb、V、Ti微合金元素可以影响其组织成分与形态,进而影响TRIP钢的力学性能。介绍了不同微合金元素对TRIP钢性能的改善效果以及添加Nb、V、Ti后热处理工艺的变化。可以看到以添加微合金元素的方式调控TRIP钢的性能,为改进汽车用先进高强度钢(AHSS)提供了可能。     

高强韧QPT工艺的先进钢组织调控和强韧化研究进展

先进高强钢经历了从第一代至第三代的高速发展，为汽车工业中轻量化及安全性的持续提升提供了重要保障。作为第三代先进高强钢的代表钢种之一，淬火-配分(QP)钢和淬火-配分-回火(QPT)钢近10年来发展迅速。本文从以下几个方面对QP钢及QPT钢的制备工艺和强韧化机理进行了综述：(1)从QP到QPT的工艺设计发展历程及其原理；(2)配分过程中的C配分和组织演变规律；(3)亚稳奥氏体的稳定性及其对相变诱发塑性(TRIP)效应的影响；(4)纳米析出强化的QPT钢的组织和热处理工艺设计；(5)热成形QPT钢一体化工艺；(6)QP钢、QPT钢的强韧化机制和使用服役性能。并对今后QP钢和QPT钢的制造与使用前景作出展望。     

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。     

碳含量对冷轧中锰钢双相区退火组织和力学性能的影响

研究了含碳量为0.1%～0.4%的冷轧态中锰钢经650℃退火后微观组织和单轴拉伸性能的变化规律。利用SEM进行了组织形貌表征,采用XRD法测量了残余奥氏体量,通过拉伸试验机测试了钢的单轴拉伸性能。结果表明,冷轧态实验钢在退火过程中都发生奥氏体逆相变,获得具有一定量亚稳奥氏体的超细晶组织;随实验钢碳含量从0.1%增加到0.2%时,钢的抗拉强度(Rm)变化不大(约1000 MPa),而断后伸长率(A)从27%升高到43%时,强塑积(Rm×A)从28 GPa%提高到45 GPa%,而碳含量为0.4%时,钢的强度明显提高(约1200 MPa),但塑性却下降。分析认为,冷轧中锰钢中的碳有利于逆转变奥氏体的形成及稳定,但碳含量过高会形成大量碳锰化合物,不利于奥氏体的形成,从而降低塑性。亚稳奥氏体相的TRIP效应以及超细的晶粒尺寸是获得超高强度、高塑性及高强塑积的主要原因。     

钢的高性能化理论与技术进展

高强度化始终是钢的发展主题,同时还需要解决高强度化后导致的韧塑性降低、疲劳破坏和延迟断裂敏感性增加等问题。在获得高的力学性能之后,实际应用时还需要材料具有良好的工艺适应性与服役性能,达到合适的材料生产-零件制造-服役评价的技术匹配。本文以耐候钢、合金结构钢、紧固件用钢、高氮奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢为案例,回顾并展望了与耐腐蚀、高强度、高品质等相关的材料发展动向。近年来的实践充分证明了技术基础研究是创新的源泉,从全产业链流程的组织与性能调控进一步转向合金化的再认识与利用,可能是今后一段时间应该考虑的问题。     

新一代高强塑性钢的开发与应用

为满足汽车、建筑、能源等工业对材料强度级别和使用性能不断提高的要求,世界钢铁业正在开发新一代高强塑性钢。基于先进高强度钢AHSS汽车板,高强度抗震建筑用钢和高等级管线钢的开发,讨论了新一代高强塑性钢的主要技术特征,包括使用性能（成形性、抗冲撞能力、抗震性能、抗皱能力）超载下的形变能力,对塑性指标"（均匀延伸率、n值、屈强比）的要求、复相组织与残余奥氏体的强塑化机理、关键工艺技术以及新产品新技术的发展方向,同时考虑到对强韧性和焊接性能的要求,讨论了热变形奥氏体动力学模型、高韧性焊接热影响区HAZ的细化韧化以及硫含量的影响与控制。     

高强韧性奥氏体—贝氏体双相钢接触疲劳特性研究

考察了具有奥氏体—贝氏体组织的新型低合金超高强度钢的组织结构及力学性能与接触疲劳性能的关系,提出了获得高接触疲劳性能要求的组织、性能合理匹配。结果表现:具有奥—贝组织的低合金超高强度钢(HRC50～52)的接触疲劳寿命是经碳、氮共渗处理的20CrMnTi和SCM420H钢(HRC 58～62)的2～4倍。     

热处理条件对20Mn2CrNb超高强度汽车钢组织和力学性能影响的研究

研究了不同热处理工艺对20Mn2CrNb超高强度汽车钢显微组织和力学性能的影响.研究表明,将实验钢加热到950℃完全奥氏体化后,经不同方式冷却或在不同温度下进行保温时,可实现对该实验钢的组织和性能调控.淬火处理后,实验钢以马氏体组织为主,其强度达1690MPa,伸长率为9.7％;奥氏体化处理后再经300℃保温,实验钢的...     

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.     

热处理对超高强度20Mn2Cr汽车钢组织和性能的影响

研究了热处理工艺参数对20Mn2Cr钢显微组织和性能的影响规律,并采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射技术等研究了不同奥氏体化温度和回火温度下实验钢中的马氏体组织特征和碳化物析出形貌.结果表明,实验钢经900℃奥氏体化处理时可以保证较小的原奥氏体晶粒尺寸及细小的马氏体板条束宽度;550℃再结晶退火可以进一步细化原奥氏体晶粒尺寸及马氏体板条束宽度;淬火后的回火处理有利于Cr碳化物粒子的析出.通过调整热处理工艺,20Mn2Cr钢可以获得1000～1700 MPa级的系列超高强度,同时可以实现超高强度与高塑性的良好匹配.     

1180MPa级超高强钢慢速率拉伸延迟开裂性能

针对DP1180和QP1180两种超高强度汽车用钢板,通过微观组织分析和慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了这两种1180 MPa级超高强汽车钢的延迟开裂性能。试验结果表明,DP1180钢的微观组织为马氏体+铁素体,QP1180钢的微观组织为马氏体+铁素体+少量残余奥氏体。试验钢的延迟开裂性能用其在0. 1 mol·L~(-1)的HCl介质中与空气介质中的力学性能指标的比值表示。QP1180钢断裂时间、断面收缩率、断后伸长率、抗拉强度的比值均低于DP1180钢,说明0. 1 mol·L~(-1)的HCl介质对QP1180钢力学性能指标影响更大些,其延迟开裂的敏感性更高。     

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。     

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。     

不同加工工艺对高强高塑性TWIP钢组织与性能的影响

采用三种工艺对成分为25Mn-3Si-3Al的TWIP钢进行了试制，并对轧后钢板的组织性能进行了对比分析。结果表明，轧制后退火处理钢板的室温组织为奥氏体基体中存在大量的退火孪晶，在拉伸变形中形成的形变孪晶使产品获得了高强度、高塑性。     

超高强度低合金TRIP钢的氢脆

研究了三种不同基体组织的超高强度低合金相变诱发塑性(TRIP)钢中充入的氢量及其对韧性的影响。这些TRIP钢,特别是具有贝氏体铁素体基体组织的TPIP钢,充入的氢量比常规回火马氏体钢要多。这主要与残余奥氏体吸收多量氢溶质有关。TRIP钢、特别是退火马氏体基体组织TRIP钢的氢脆被大大地抑制。可以认为,导致钢中氢脆性低的原因是大量的氢进入了残余奥氏体,均匀细小的组织,残余奥氏体的TRIP效应和出现准韧窝断口。     

A-100钢电子束焊缝力学性能及微观组织

采用电子束焊实现23Co14Ni12Cr3MoE超高强度钢(A-100钢)的连接。研究电子束焊对A-100钢力学性能及组织影响。结果表明，采用电子束直接熔化A-100钢锻件进行热处理(气淬)后的焊缝组织主要为板条状马氏体，且彼此位向交错分布成网篮状。焊缝组织呈现一定的不均匀性，中间的马氏体更为粗大，且残余奥氏体较少，热影响区残余奥氏体增多，存在大量薄膜状逆转奥氏体。A-100钢电子束焊缝与基体相比强度和塑性基本相当。焊缝和热影响区的缺口敏感性都较小，缺口敏感系数约为0.6。焊缝的冲击韧性下降到基体的2/3，但热影响区的冲击韧性回升到基体的80%以上。焊缝的高周疲劳极限可以达到700 MPa以上，焊缝具有较好的疲劳性能。 创新点： 采用电子束焊接技术对A-100超高强度钢进行了焊接，对比分析了预备热处理+焊接+最终热处理的焊缝及预备热处理+最终热处理的基体的组织与性能。     

汽车用超高强度钢的合金化方式及组织控制

超高强度钢因其优异的强度及塑韧性而在汽车行业得到广泛应用。针对汽车用超高强度钢,详细介绍了其合金化方式及强化机制,并详细阐述了奥氏体相及其相变所产生的组织增塑效应,以及对组织的调控方法。     

汽车用高强钢氢脆损伤研究的现状

随着汽车工业的发展,亟待开发高强度钢。然而随着钢强度的提高,氢脆损伤也越严重,氢脆现象严重影响高强度汽车用钢的发展,国内外均在研究如何解决这个问题。简要介绍了发生氢脆损伤的机制,热成形钢、双相钢、淬火-配分钢、相变诱导塑性钢等先进高强度汽车用钢的发展及其氢脆损伤的研究现状,以及常用的充氢方法和氢脆敏感性测试技术。