淬火-分配-回火工艺和多循环淬火-分配-回火工艺

综述了由徐祖耀院士提出的淬火-分配-回火(Q-P-T)新工艺的背景和发展现状。总结了先进Q-P-T钢从超高强度到高强塑性的发展,重点论述了在形变中残留奥氏体增强超高强度钢的塑性的微观机制。鉴于单循环Q-P-T工艺对大尺寸工件和不同尺寸热轧板(或H型钢)处理的局限性,提出了多循环淬火-分配-回火(MQ-P-T)工艺及其在冶金行业热轧板(或H型钢)的工程应用。最后列举了MQ-P-T工艺在机械行业的应用实例。

用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工艺

为进一步提高钢的强度,改造淬火-碳分配(Q-P)工艺,在超高强度钢的成分设计中加入碳化物形成元素Nb或(和)Mo,使在马氏体基体上析出碳化物,提出淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工艺。将按设计超高强度钢大致成分的钢进行Q-P-T处理后,得钢的抗拉强度高达>2000MPa,总断后伸长率>10%。和迄今发展的各类含碳小于0.5%钢的综合力学性能相比,Q-P-T钢可能成为优异的超高强度钢。

相变塑性锚杆材料淬火-碳分配-回火热处理工艺研究

研究了可用做超高强度锚杆材料的低碳Si-Mn系TRIP钢的Q-P-T热处理的力学性能,结果表明:经Q-P-T得到的显微组织主要是具有高位错密度的细条状马氏体和10%～15%的残留奥氏体,马氏体上析出了细小共格复杂碳化物。在延伸率≥17.3%的条件下,最佳综合性能σb×σs为1 874 520 MPa,其中抗拉强度σb=1 640 MPa。

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Q-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。

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。

新型MQ-P-T技术在高铬铸球中的应用

利用水和空气作为淬火介质,对直径为80 mm的Fe-2.4C-12Cr高铬铸球进行多循环淬火-分配-回火(MQ-P-T)处理,并与常规正火和油淬处理后的同尺寸试样的力学性能和微观组织进行对比分析。通过微观表征技术,对MQ-P-T处理后高铬铸铁的强韧化机制进行了探讨。结果表明,经MQ-P-T处理后的高铬铸球径向硬度平均值约为60 HRC,比空冷铸球径向平均硬度约高出17 HRC,比油淬处理试样约提高5 HRC。经MQ-P-T处理后铸球冲击韧度平均值达到12.6 J/cm2,约为空冷冲击韧度的4倍,约为油淬冲击韧度的2倍。经MQ-P-T处理后铸球具有高的硬度和硬度均匀性,其冲击性能亦大大提高。经MQ-P-T处理后铸铁优异的力学性能主要归因于马氏体基体、相当数量的二次碳化物和稳定的残留奥氏体组织。

经新型Q-P-T工艺处理后Q235钢的组织与性能

研究了最低屈服强度为235 MPa的Q235钢经新型淬火-分配-回火(Q-P-T)工艺处理后的力学性能和焊接性能.结果表明,经Q-P-T处理后的Q235钢(QPT235钢)强度得到了大幅度的提升:屈服强度和抗拉强度分别达到435和615 MPa.采用相同焊料和焊接工艺,QPT235钢焊接接头的力学性能比Q235钢显著提高,前者的抗拉强度约为532 MPa,延伸率约为16.7%,而后者的抗拉强度约为414 MPa,延伸率约为12.4%.显微组织观察揭示了QPT235钢性能改善的原因:QPT235钢焊接热影响区中铁素体晶粒和珠光体层片显著细化,并避免了魏氏组织的大量出现;在QPT235钢的母材和热影响区中均存在硬相马氏体、贝氏体和软相残留奥氏体的复合组织,取代了Q235钢中部分的铁素体和珠光体.

Q-P-T工艺对20SiMn2MoV钢组织与性能的影响

采用Q-P-T工艺对20SiMn2MoV钢进行热处理，利用扫描电镜、透射电镜研究其微观组织，使用XRD分析残留奥氏体的含量，并通过拉伸试验、冲击试验研究了Q-P-T工艺对钢力学性能的影响。结果表明，20SiMn2MoV钢经Q-P-T处理获得了板条马氏体＋残留奥氏体＋弥散析出碳化物的组织，残留奥氏体含量为4％～7％。淬火介质温度越高，残留奥氏体含量越高，钢的塑性、冲击韧性越好。碳分配时间应适中，过短则奥氏体稳定化不够，过长则发生碳化物析出及残留奥氏体分解。当淬火介质温度为90℃，碳分配60s时，钢的抗拉强度为1344MPa，伸长率达18．8％，强塑积为25267MPa·％，具有优良的强塑性匹配。

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。

先进超高强度-高塑性Q-P-T钢

首先论述从淬火-分配(Q&P)工艺发展起来的淬火-分配-回火(Q-P-T)工艺以及两者的差异,总结Q-P-T钢从超高强度到高强塑性的发展,对比先进新型Q-P-T工艺和传统淬火-回火(Q-T)工艺的差异及其对钢力学性能的不同影响,重点讨论在形变中残留奥氏体对超高强钢塑性增强的微观机制,为先进高强钢的进一步发展提供组织设计和控制的理论指导.

自主创新发展超高强度钢

经总结有关钢的显微组织与力学性能之间的关系，以及超高强度钢发展历史的文献，作出超高强度组织、成分和热处理设计。含〈0．5wt％C，（1～2）％Si，低Mn（Ni）及碳化物形成元素的钢，如0．48C-1．19Mn．1．18Si．0．95Ni-0．2Nb．0．2Mo（wt％）钢，经淬火．碳分配-回火（Q-P-T）新热处理工艺，具抗拉强度〉2000MPa，并总伸长率〉10％的性能，且价格低廉。含较低碳的Q-P-T钢也显示良好的综合性能。

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20SiMn2MoV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20SiMn2MoV钢、微观组织及其对力学性能的影响。结果表明，20SiMn2MoV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，20SiMn2MoV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90s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。

一种新型热处理工艺对中碳钢组织性能影响

为提高钢的强塑性,基于传统淬火-碳分配-回火(quenching-partitioning-tempering,Q-P-T)工艺,结合热变形技术,提出变形-淬火-碳分配-回火(deforming-quenching-partitioning-tempering,D-Q-P-T)的设计思想,通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和拉伸试验,研究变形作用对试验钢的微观组织结构和力学性能影响,讨论了变形-淬火-碳分配-回火工艺提高钢的强塑性机理,采用变形-淬火-碳分配-回火工艺最终获得了具有高位错密度的板条状马氏体和残余奥氏体组织,实现了钢的多相组织的设计思想,在870℃变形量为60%,变形速率为1s-1条件下,D-Q-P-T工艺可使钢的抗拉强度比传统淬火-碳分配-回火工艺提高58 MPa,伸长率增大5%,对于实现汽车轻量化,拓宽高强钢的应用领域具有重要意义。