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.     

I&Q&P工艺下碳配分时间对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢性能和组织的影响

采用场发扫描电镜和X射线衍射仪研究了IQP工艺中合金元素配分后不同碳配分时间对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢组织演变、力学性能和残余奥氏体含量的影响。结果表明:实验用钢经双相区保温后,合金元素Cu、Mn有明显的配分效果;与QP处理相比,IQP处理钢抗拉强度虽略有下降,但强塑积提高了6 517MPa·%;在双相区Cu、Mn元素配分后,随着碳配分时间的不断增加,马氏体板条缠结减少且逐渐变的条理清晰,随后出现回火马氏体,并有渗碳体的析出,钢的抗拉强度逐渐减小,伸长率则先增大而后减小,配分时间到90s时,强塑积达到最大为25 861MPa·%;在不同的配分时间下,钢的伸长率变化趋势与残余奥氏体含量的变化趋势基本一致。     

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·%。     

Mn配分行为对低碳高强Q&P钢组织与性能的影响

采用IQ、QP及IQP热处理工艺,研究了预先Mn配分处理对低碳高强QP钢组织和力学性能的影响。结果表明,经IQ工艺处理的钢,由铁素体-珠光体的初始组织转变为铁素体-马氏体两相组织,转变过程中C、Mn元素不断向奥氏体内扩散,转变结束时C、Mn元素在奥氏体内呈现明显的富集现象。对于QP工艺,随着碳配分时间的延长,钢的抗拉强度都不断降低,伸长率先增加后减小,碳配分时间为60 s时,试样中残留奥氏体体积分数最大为12%,材料的塑性最优,其强塑积为20 GPa·%;相比QP工艺,由于经IQP工艺处理后Mn元素仍然富集,在相同的碳配分时间下,钢的抗拉强度降低,但伸长率却得到了提高,碳配分时间为120 s时,试样中残留奥氏体体积分数最大为15%,材料的塑性最优,且强塑积达到最大值22 GPa·%。     

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。     

I&Q&P下双相区配分温度对含铜低碳钢组织与性能的影响

采用场发扫描电镜、X射线衍射仪和电子探针研究了双相区合金元素不同配分温度对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢的组织性能和残留奥氏体含量的影响。结果表明:试验钢在双相区配分后,C、Cu和Mn元素均出现明显的配分效果,且Cu、Mn元素配分作用有利于盐浴分级淬火C配分进行,保留更多残留奥氏体提高塑性;IQP工艺处理得到马氏体和残留奥氏体组织,随着双相区配分温度提高原奥氏体晶粒尺寸变大,马氏体板条变粗,位向增多;随着配分温度的提高,试验钢的抗拉强度提高,伸长率逐渐下降,残留奥氏体含量的变化趋势与伸长率基本一致,在780℃时强塑积最大为26 GPa·%,此时残留奥氏体体积分数为14.7%,伸长率为24.4%,综合力学性能最佳。     

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。     

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·%。     

I&Q&P工艺预先Mn配分处理低碳硅锰钢的组织与性能

通过IQP处理工艺,采用SEM、XRD和拉伸试验手段,研究了低碳硅锰钢C-Si-Mn中Mn元素的配分行为及其配分工艺参数对IQP处理试验钢组织与性能的影响。结果表明:经IQP工艺处理,试验钢室温组织为板条状马氏体和残留奥氏体。随配分时间延长或配分温度的升高,试验钢的抗拉强度总体呈降低趋势,残留奥氏体含量均先增加后减小,伸长率与残留奥氏体量的变化趋势基本一致。800℃等温30 min,试验钢中残留奥氏体含量及伸长率最大,分别为10.02%,24.25%,该参数下的综合性能最佳。     

不同配分机制对含Cu低碳钢组织性能的影响

采用IPQ、QP和IQP热处理工艺,研究不同配分机制对含Cu低碳高强钢组织性能的影响规律。结果表明,实验钢经IPQ处理后,Cu、Mn配分使得马氏体板条粗大,板条形貌模糊,板条间含有大量块状马氏体,抗拉强度较高,伸长率和强塑积较低;经QP工艺中C配分处理,得到的马氏体板条较致密,板条形貌较清晰,存在少量的块状马氏体,其抗拉强度略微降低,伸长率升高,强塑积提高;经IQP工艺处理,由于C、Cu、Mn等3种元素配分的综合作用,马氏体板条清晰,只存在极少量的块状马氏体,部分马氏体板条断裂,其残余奥氏体量达12.4%,强塑积达到27 213MPa·%,综合力学性能最佳。     

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%。     

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。     

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.     

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。     

非均质Mn分布对淬火-配分钢微观组织和力学性能的影响

目前,基于非均质高温奥氏体来调控先进高强钢的组织和性能,引起研究学者的广泛关注。为进一步明晰合金元素非均质程度对组织和性能的影响,指导先进高强钢的设计,本工作采用以Mn配分的珠光体为初始组织的快速淬火-配分工艺,研究了奥氏体化时间和温度对高温奥氏体中非均质Mn分布的影响规律,进一步探讨了微观组织和力学性能的演变。结果表明,高温奥氏体的Mn分布能够调控淬火过程的马氏体转变。当高温奥氏体继承了珠光体中富Mn渗碳体和贫Mn铁素体中的Mn分布时,淬火后可获得富Mn片状残余奥氏体与贫Mn马氏体板条构成的鬼珠光体组织。随奥氏体化保温时间的延长和温度的升高,高温奥氏体中Mn元素非均质程度减弱,导致鬼珠光体组织减少,块状残余奥氏体和粗大板条马氏体数量增多、且尺寸增大。随着保温时间的延长,屈服强度由于细晶强化的减弱而降低;均匀延伸率由于块状残余奥氏体的增多而升高,颈缩后的延伸率因块状残余奥氏体形成的脆性马氏体而降低。由于残余奥氏体和马氏体的含量随着奥氏体化工艺不发生改变,使得抗拉强度和断裂总延伸率也不发生变化。由此可见,通过改变奥氏体化的工艺参数,能够在保证高抗拉强度(约1700 MPa)和高断裂总延伸...     

含3.5％Mn的超高强Q&P钢显微组织和力学性能

设计了新的Q&P钢成分0.2C-1.6Si-3.5Mn,研究了提高锰含量之后Q&P钢的组织及性能.对这一成分的冷轧薄板进行了Q&P工艺热处理,测定了不同配分时间下的力学性能和残余奥氏体体积分数,并通过SEM和TEM观察了显微组织.结果表明,Q&P钢的抗拉强度达到1366～1476 MPa,伸长率为11.1％～15.8％.显微组织主要为高位错密度的板条状马氏体和分布其间的薄膜状残余奥氏体,配分时间过长会有一些碳化物析出.随配分时间的延长,残余奥氏体的体积分数逐渐增加,其中的碳含量也增多.     

I&Q&P下双相区配分温度对含铜低碳钢组织性能影响

采用场发扫描电镜、X射线衍射仪和电子探针研究了双相区合金元素不同配分温度对0.12C-1.33Mn-0.55Cu钢的组织性能和残留奥氏体含量的影响。结果表明：试验钢在双相区配分后,C、Cu和Mn元素均出现明显的配分效果,且Cu、Mn元素配分作用有利于盐浴分级淬火C配分进行,保留更多残留奥氏体提高塑性;I&Q&P工艺处理得到马氏体和残留奥氏体组织,随着双相区配分温度提高原奥氏体晶粒尺寸变大,马氏体板条变粗,位向增多;随着配分温度的提高,试验钢的抗拉强度提高,伸长率逐渐下降,残留奥氏体含量的变化趋势与伸长率基本一致,在780 ℃时强塑积最大为26 GPa·%,此时残留奥氏体体积分数为14.7%,伸长率为24.4%,综合力学性能最佳。     

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。     

热处理工艺对硅锰钢组织和力学性能的影响

为了提高Q&P钢的强度、塑性性能,将试验钢经过奥氏体逆转变+淬火配分工艺处理。通过SEM、XRD和室温拉伸试验分析了试验钢的相变、元素配分行为和力学性能。结果表明,ART-Q&P钢的马氏体板条边界模糊光滑,部分马氏体表现出一定的回火特征;铁素体为针状或不规则块状,针状铁素体存在于马氏体板条之间。逆转变过程可进一步促进C和Mn在高温下配分,使奥氏体更加稳定,室温下得到更多的残余奥氏体。相比I&QP处理,经ART-Q&P处理后,试验钢获得了良好的强度塑性结合,抗拉强度为1191MPa,总伸长率为14.47%,强塑积达17.24GPa·%。