淬火处理对中锰钢组织和性能的影响

中锰钢通过微观组织调控,可实现优异的强度-塑韧性协同增长,是第三代先进高强钢的潜力材料。采用不同淬火工艺来调控Fe-10Mn-0.44C-1.87Al-0.67V中锰钢的微观组织,并结合VC的析出来优化其性能。结果表明:经1020℃淬火+300℃回火后,中锰钢的组织为板条状马氏体+残留奥氏体,形变时残留奥氏体发生相变诱导塑性效应,使其具有优异的塑性。经800℃淬火+250℃回火后,组织为细小的马氏体、细小弥散分布的VC和少量残留奥氏体,通过位错强化、细晶强化和析出强化作用使中锰钢具有最佳的力学性能,屈服强度为1190 MPa,抗拉强度为1473 MPa,伸长率为22%,强塑积为32.4 GPa%。

加热温度对热成形中锰钢氢脆敏感性的影响

对0.1C–5Mn中锰钢在不同温度(850、950和1000℃)加热后进行热成形处理,利用电化学预充氢、慢应变速率拉伸及氢渗透实验等研究了加热温度对其氢脆敏感性的影响.结果表明,试验钢在不同温度加热后进行热成形处理,其组织全部为马氏体,同时因自回火而生成一定量的ε-碳化物,且随着加热温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸增加,而试验钢的强度和塑性逐渐降低.当加热温度为850℃时获得了较好的强度与塑性配合,强塑积为22 GPa·%.随着加热温度升高,充氢样中的可扩散氢含量明显降低而非可扩散氢含量有所增加,而以相对缺口抗拉强度损失表征的氢脆敏感性指数及有效氢扩散系数呈现先升高后显著降低的变化趋势,当加热温度为1000℃时,氢脆敏感性最低.进一步断口分析表明,试验钢充氢断口起裂区均为沿着原奥氏晶界的沿晶断裂.试验钢的这种氢脆断裂行为主要与热成形中锰钢的强度水平及自回火析出的ε-碳化物有关.与常用的传统热成形钢22MnB5相比,试验钢的氢脆敏感性较高,这主要与其M_(s)点(马氏体转变开始温度)较低而使得自回火程度较低等有关.

中锰钢热轧与冷轧退火工艺下组织与性能差异综述

中锰钢作为第三代先进高强钢的代表,由于其优异的力学性能已成为一个研究的热点。同一种中锰钢经过不同的轧制和热处理产生不同的微观组织进而导致其力学性能存在差异。因此,研究不同的热加工工艺下其微观组织与力学性能之间的关系至关重要。本文综述了中锰钢在热轧和冷轧退火工艺下的组织演变,重点阐述了微观组织与静拉伸力学性能、抗氢脆性能、低温冲击韧性之间关系方面的研究进展,并对提高中锰钢各种力学性能的方法进行了比较,最后对中锰钢未来的强韧性研究和发展方向进行了展望。

中锰钢棘轮行为的细观有限元模拟

基于微观形貌构建含铝中锰钢二维代表性体积元(RVE)模型,同时引入马氏体相变演化方程,采用Mori-Tanaka均匀化方法构建了奥氏体和马氏体组合相的本构模型,对试验钢在单轴拉伸和不同工况下(平均应力为50 MPa,应力幅分别为700,710 MPa)的棘轮行为进行了细观有限元模拟。结果表明:所建立的均匀化本构模型可以较好地反映马氏体相变对试验钢力学性能的影响,基于RVE模型模拟组织演变具有一定的准确性;马氏体相变会使试验钢的单轴拉伸中发生明显强化,并会使奥氏体和铁素体之间出现应力交替现象;当平均应力为50 MPa、应力幅为700 MPa时,考虑与不考虑马氏体相变模拟的棘轮应变演化曲线几乎重合;当平均应力为50 MPa、应力幅为710 MPa时,不考虑马氏体相变模拟的棘轮应变增长率明显高于考虑相变时。

10Mn5中锰钢电阻点焊接头的显微组织与力学性能

采用不同焊接工艺参数对2 mm厚10Mn5中锰钢板进行电阻点焊试验,以确定可焊性窗口,检测了接头的微观组织与力学性能。结果表明:在360 ms的焊接时间内,该钢种的可焊性工艺窗口宽度为1.5 kA。接头熔核区组织为马氏体,热影响区组织为铁素体、奥氏体和马氏体,母材为铁素体和奥氏体;熔核区平均硬度约390 HV0.2,母材硬度约225 HV0.2,热影响区硬度由近熔核侧至近母材侧逐渐降低;飞溅前接头最大拉剪力和正拉力分别为26.6和9.2 kN,失效模式均为界面断裂;接头拉剪试验时为脆性韧性-断裂,十字拉伸试验时则以脆性断裂为主。

铝对中锰钢热变形行为的影响

在Gleeble-1500热/力模拟试验机上对两种Fe-10Mn-0.1C(wt%)和Fe-10Mn-2Al-0.1C(wt%)中锰钢进行了单道次压缩试验,变形温度为900~1100℃、应变速率为0.01~10 s-1。结果表明,在相同热变形条件下,10Mn2Al钢的流变应力高于10Mn钢的。通过对热压缩曲线的分析,建立了两种钢的本构方程,发现10Mn2Al钢的激活能Q约为372.327 kJ/mol,高于10Mn钢(329.697 kJ/mol)。绘制了两种钢的峰值应力和峰值应变对Zener-Hollomon参数的关系曲线,10Mn钢的Zener-Hollomon指数高于10Mn2Al钢。对两种钢动态再结晶的Avrami动力学进行了研究,发现10Mn2Al钢的Avrami时间指数约为2.096,高于10Mn钢的1.986。

载荷对中锰钢耐磨性能的影响

采用UMT TriboLab摩擦磨损仪测试了冶炼工艺流程为电炉-精炼-模铸-粗轧-精轧-控冷-成品的中锰耐磨钢在不同载荷下的摩擦磨损性能,并利用白光干涉仪定量表征了摩擦磨损后样品表面磨痕的形貌,测量了摩擦断面的深度曲线。结果表明:随着试验载荷的增加,摩擦系数呈先升高后降低的变化规律,当载荷达到30 N时,摩擦系数达到最高值0.82;当载荷压力较小时(10 N),随着时间的延长,摩擦系数呈现逐渐变小的趋势;磨痕深度随着载荷的增加而增加,但与载荷增加不呈线性关系,载荷为10~30 N时磨痕深度显著增加,当载荷超过30 N后,磨痕深度的增加值逐渐减小,磨痕深度增加值不随载荷的增加而增加,呈现先升高后降低的现象,说明增加载荷后摩擦磨损机制发生了改变;不同载荷下磨痕的三维形貌分析结果表明,当载荷较小时,其磨损形式为梨沟磨损,其磨损机制为磨粒磨损,当载荷增加时,磨损形式为沟槽磨损,磨损机制转变为黏着磨损。

高强韧中锰钢研究现状及发展趋势

汽车轻量化的迫切需求使得具有优异性能和较低成本的汽车先进高强钢之一——中锰钢成为了研究热点。针对中锰钢的相关研究成果,分别从热处理工艺、残留奥氏体稳定性和强塑性机制3个方面进行了详细汇总。包括最新的热处理工艺,合金元素、相尺寸及形貌、取向和基体组织等对残留奥氏体稳定性的影响,层错能与变形强化机制等。最后,展望了中锰钢工业化应用的研究和发展方向。

淬火冷却温度对工程机械用中锰钢淬火-配分后组织与性能的影响

对热轧态中锰钢进行淬火-配分处理,研究了淬火冷却温度(195,220,255,280℃)对其显微组织、物相组成、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:淬火-配分处理后中锰钢中存在板条马氏体、块状马氏体和残余奥氏体;随着淬火冷却温度升高,板条马氏体含量减少,块状马氏体含量增加,残余奥氏体体积分数先增大后减小,当淬火冷却温度为220℃时最大,为19.81%;随着淬火冷却温度的升高,中锰钢的硬度增大,抗拉强度、屈服强度和断后伸长率先增大后减小,当淬火冷却温度为220℃时中锰钢的断后伸长率和强塑积最大,分别为15.6%和23.76 GPa·%。

中锰钢静态保温和热压缩过程中铁素体转变规律

利用热膨胀相变仪、Gleeble热模拟机等设备、采用扫描电镜研究了C-Si-Mn-Fe系中锰钢在静态保温和热压缩过程中的铁素体转变行为,分析了不同变形条件对于铁素体转变的影响规律。结果表明:Mn元素较低的扩散系数和随时间逐渐增加的扩散阻力大大制约了静态保温条件下铁素体的转变速度;而等温变形可以促进铁素体的转变过程,且等轴铁素体成链状分布在原奥氏体晶界周围,其形貌有单层、双层和多层;变形温度越低、应变速率越小、形变量越大,铁素体转变量越大;铁素体在等温变形过程中,其含量逐渐增加,将会显著软化材料组织,降低流变应力。

高强汽车中锰钢的热压缩变形行为研究

目的为第三代汽车中锰钢工业化生产的加工工艺制定提供参考。方法采用Gleeble-3800型热力模拟试验机对汽车用中锰钢进行了变形温度900~1150℃、应变速率0.1~20 s^(-1)的热压缩变形处理(变形量为50%),基于不同热压缩变形条件下的应力应变数据建立中锰钢的流变应力本构方程,并对本构方程进行应变补偿,验证考虑应变补偿的流变应力本构方程预测值与试验结果的一致性。结果应变速率不变时,中锰钢的峰值应力随着变形温度的升高逐渐减小;变形温度不变时,中锰钢的峰值应力随着应变速率的增大整体逐渐增大。在变形温度900~1150℃、应变速率0.1~20 s^(-1)的条件下,汽车用中锰钢考虑应变补偿的流变应力的散点预测值与实测值吻合较好;进行应变补偿处理后,汽车用中锰钢流变应力本构方程的相关系数为0.986,绝对平均误差3.36%,相较于未考虑应变补偿的流变应力本构方程,考虑应变补偿后相关系数变大,绝对平均误差变小。结论考虑应变补偿的流变应力本构方程可以对汽车用中锰钢热压缩变形过程中的流变行为进行准确预测。

Fe-0.2C-7Mn中锰钢的单道次热压缩变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Fe-0.2C-7Mn中锰钢进行单道次等温压缩试验,研究了该钢在不同变形温度(950~1150℃)和应变速率(0.001~1 s^(-1))下的热变形行为,通过计算应变速率敏感指数、功率耗散效率以及失稳参数建立该钢的热加工图,并获得最佳的热加工工艺窗口。结果表明:随着应变速率的增加和变形温度的降低,该钢的流变应力增大;高变形温度和低应变速率有利于动态再结晶的发生,动态再结晶程度的差异会对应变速率敏感指数产生很大的影响;不同真应变下的失稳区均出现在高温高应变速率区域,并且基本与功率耗散图中的低功率耗散效率区域重合。试验钢的最佳热加工工艺窗口为变形温度975~1100℃、应变速率0.006~1 s^(-1)。

Fe-0.1C-5Mn中锰钢热变形行为研究

通过Gleeble-3500热机械模拟机研究了Fe-0.1C-5Mn中锰钢在950~1150℃变形温度、0.001~1 s^(-1)应变速率下的高温变形行为。根据单道次热压缩的真应力-真应变曲线,分析了变形条件对流变应力的影响,发现高温和低应变速率有利于动态再结晶的发生。引入Zener-Hollomon参数,建立本构方程,得到钢的热变形激活能为256.317 kJ/mol。通过对试验数据的拟合,建立了中锰钢动态回复和动态再结晶的分段流变应力模型,结果表明:模型预测值与试验值吻合较好,证明了所建模型的可靠性。

高强韧中锰钢在模拟黄河水沙冲刷下的磨蚀机理

通过MCF-30试验机模拟黄河水沙冲刷,研究高强韧复相中锰钢磨蚀失效机理及不同水泵材料的耐磨蚀性能与力学性能之间的关系。结果表明:微裂纹初期多在奥氏体/马氏体相界萌生,扩展后产生空蚀坑,在水沙冲刷下进一步破坏而形成更大尺寸的凹坑。同时相界面的增多导致耐磨蚀性能下降。随着温度的升高,中锰钢的奥氏体体积分数从16.4%上升到22.9%,质量损失速率从2.6 g·m^(-2)·h^(-1)增加至7.8 g·m^(-2)·h^(-1)。此外,研究对比中锰钢和现役抽黄泵叶轮材料的力学性能和磨蚀质量损失之间的关系,发现在不发生脆性断裂时,材料硬度越高,磨蚀质量损失越低;而当材料在水沙冲刷下发生塑性变形时,抗拉强度越高的材料抗磨蚀性能也越好;硬度相近时,改善材料的塑性、韧性,也有助于改善抗磨蚀性能。与现有叶轮材料相比,中锰钢在抗拉强度、加工硬化能力、硬度和韧性等各方面的综合性能更佳,因此有望在延长抽黄泵叶轮材料使用寿命方面具有较好的应用前景。

中锰钢高温拉伸性能研究

利用高真空拉伸试验机对中锰钢进行了室温及高温下的拉伸性能测试,室温下主要针对沿着轧制方向呈0°、45°、90°进行取样;高温拉伸选取0°、90°的试样进行测试,首先将试样统一加热到930℃保温5min后冷却至500~800℃进行试验。结果表明:室温下中锰钢的抗拉强度可以达到1000MPa,沿着0°、90°取样的试样性能较为接近,随着试验温度的升高,材料的屈服强度、抗拉强度明显降低,800℃时,抗拉强度均低于100MPa。温度的升高使得材料的断裂伸长率明显增加,最大接近100%;相比于室温,高温拉伸的硬化指数虽明显减小,但仍维持在较高值且塑性应变比接近1,表明该中锰钢具有良好的冲压成形性能,使用前景良好。

Mn含量对含铝中锰钢相变温度和显微组织的影响

基于Thermo-Calc热力学模拟设计,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、背散射电子衍射(EBSD)及透射(TEM)技术,分析Mn含量对Fe-x Mn-3.4Al-0.34C(x=4~8)实验钢相变温度、物相分布和微观组织的影响。结果表明:随着Mn的质量分数从4%增至8%,奥氏体开始转变温度(A e1)从703.7℃持续降至501.2℃,奥氏体完全转变温度(A e3)从1005.6℃近似线性地降至863.0℃;随着Mn含量增加,残余奥氏体由不可探测逐渐增加至12.6%;显微组织从渗碳体(θ)+高温铁素体(δ)双相逐渐转变为高温铁素体(δ)+马氏体(α′)+残余奥氏体(γ),残余奥氏体分布于δ铁素体边界处和马氏体板条中。

镀锌中锰钢电阻点焊接头裂纹形态及分布

采用光学显微镜、扫描电镜附带能谱仪(EDS)、电子背散射衍射仪(EBSD),对镀锌中锰钢电阻点焊接头横截面裂纹的形貌、分布及元素成分进行了研究。结果表明,88.1%的微裂纹分布在压痕台阶处,87.5%的裂纹为深度小于50μm的浅裂纹;裂纹内部充满了锌且裂纹为沿晶裂纹,推断焊点表面裂纹属于液态金属脆化裂纹,点焊过程中镀锌层受热熔化,沿钢材表面晶界渗入并在应力作用下产生沿晶开裂。

奥氏体逆相变工艺对低碳中锰钢组织性能匹配性的影响

采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子背散射衍射和透射电子显微镜研究了低碳中锰钢在不同奥氏体逆相变(austenite reverted transformation,ART)处理过程中的组织演变以及影响性能的主要机制。结果表明:为避免奥氏体的不均匀长大和粗化,轧制前铸坯加热温度应控制在1200℃及以下。随着ART温度的升高,试验钢中逆转变奥氏体(reverted austenite,RA)含量逐渐增加,屈服强度逐渐下降,-60℃冲击韧性先升高后下降,但仍保持在150 J以上。低温ART处理后,RA含量较少,Mn主要以(Fe,Mn)_(3)C型短杆状碳化物的形式存在,具有较强的析出强化效果;高温ART处理后,Mn富集于RA中,少量RA长大明显,导致更强的相变诱导塑性效应和塑性提升,但对抑制低温下的裂纹扩展不利。

不同工艺热处理后汽车用中锰钢的显微组织与力学性能

对汽车用中锰钢先分别进行不同温度(150,550,600,750℃)预热、750℃淬火、-75℃深冷处理,再进行逆相变退火处理,研究了不同工艺热处理后的显微组织与力学性能。结果表明:预热处理后中锰钢中的残余奥氏体含量均较铸态高,当预热温度为600℃时残余奥氏体体积分数达到最大值42.2%,此时组织为块状/板条状马氏体+残余奥氏体;随着预热温度升高,逆相变退火后中锰钢的抗拉强度增大,断后伸长率和强塑积先增大后减小,当预热温度为600℃时,强塑积达到最大值51.99 GPa·%;相较于淬火+逆相变退火,深冷+逆相变退火处理后中锰钢的抗拉强度和屈服强度较小,断后伸长率、强塑积和-40℃冲击功较高。

中锰钢在690 MPa级高强韧海洋平台中的应用探索

介绍了国内外690 MPa级海洋平台用钢的研究现状及发展趋势,对传统690 MPa级海洋平台用钢的成分、工艺、组织和性能进行了分析。传统690 MPa级海洋平台用钢主要存在成本高、制备工序复杂、组织均匀性差、屈强比高等诸多问题。采用低碳中锰的成分设计思路,配合合适的轧制和热处理工艺,成功开发出屈服强度690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢板,并详细阐述了690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢的强韧化机理。