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。

Q-P和S-Q-P工艺在中高碳硅锰钢中的应用

为探索淬火-分配(Q-P)工艺和分级淬火-分配(S-Q-P)工艺对中高碳钢力学性能的提升作用,对两种中高碳硅锰钢分别进行淬火-回火(Q-T)、Q-P和S-Q-P工艺处理。用拉伸试验机测定抗拉强度和断后伸长率,利用XRD测定残留奥氏体体积分数用SEM分析微观组织。力学性能试验结果显示,与传统的Q-T和当前流行的Q-P工艺相比经S-Q-P处理后钢的综合力学性能显著优化。特别是当含硅量较高时,S-Q-P处理后的中高碳硅锰钢强塑积比Q-T处理后提高3倍以上。微观组织分析表明,S-Q-P处理过程中碳分配过程更加充分,其中的硅元素起到抑制贝氏体竞争反应的作用,因而中高碳硅锰钢经S-Q-P处理后表现出很好的综合力学性能。此外,Q-P工艺对中高碳硅锰钢综合力学性能的改善作用不明显,可能是由于其中发生大量竞争反应,产生贝氏体组织所致。