无碳化物贝氏体/马氏体复相高强度钢的组织与性能

阐述了新型Mn-si-cr系无碳化物贝氏体/马氏体(CFB/M)复相钢的组织与合金设计思想;研究了复相钢在空冷条件下的组织及其精细结构,并系统地总结了实验钢经不同温度回火后的力学性能。实验结果表明,复相高强钢在具有优良的强韧性能的同时,又具有较高的延迟断裂抗力和抗疲劳破坏能力,其强韧性的提高归于其独特的组织结构:贝氏体碳化物被薄膜状残余奥氏体所取代,大大改善了复相钢的回火稳定性和疲劳性能,稳定的残余奥氏体薄膜作为不可逆氢陷阱,并显著提高了钢的抗氢脆能力。

Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相高强钢的研究进展

无碳化物贝氏体/马氏体复相高强钢具有比同等强度马氏体钢更优异的韧性和塑性,被广泛应用到轨道交通、机械、建筑等领域。文章概述了低成本Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相钢近年来在合金化设计、工艺设计、微观组织、强韧化机理、强塑化机理、延迟断裂及疲劳性能等方面取得的研究成果。特别介绍了近年来笔者在BQ&P工艺处理CFB/M复相钢方面的工作进展,经过BQ&P处理之后,CFB/M复相钢显示了更优异的强度、塑性、韧性和疲劳性能的匹配。最后简单介绍了Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相钢在不同领域的应用情况,特别是其在重载高速铁路领域的应用现状和前景。

1500MPa级经济型贝氏体/马氏体复相钢的组织与性能

在清华大学贝氏体研究及推广中心以往工作的基础上 ,设计了一种新的 15 0 0 MPa级经济型贝氏体 /马氏体复相钢。该钢奥氏体化后空冷 ,就可获得具有较复杂精细结构的无碳化物贝氏体 /马氏体复相组织。经低温回火后 ,其 σb≥ 15 0 0 MPa,σ0 .2 ≥ 12 0 0 MPa,δ5 ≥ 14% ,ψ≥ 5 7% ,aku≥ 10 0J/ cm2 ,并且组织细化 。

贝氏体/马氏体复相组织对低碳合金钢强韧性的影响

对低碳Mn-Cr系和低碳Mn-Si-Cr系低合金钢采用空冷和油淬方式分别处理成贝氏体/马氏体复相组织和马氏体组织,探讨了显微组织和回火温度对钢的强韧性的影响.电镜分析表明,空冷处理的低碳Mn-Cr系和低碳Mn-Si-Cr系低合金钢中的贝氏体分别为典型贝氏体和无碳化物贝氏体.Formaster-F相变仪测定表明经空冷处理后,两种钢复相组织中的贝氏体含量均约为20％.力学性能实验表明,空冷低碳Mn-Cr系合金钢在未回火状态下就具有较高的冲击韧度.低碳Mn-Si-Cr系低合金钢油淬后的低温回火脆性开始温度约为220℃,而空冷后其低温回火脆性开始温度提高至360℃以上.示波冲击实验表明,未回火状态的空冷低碳:Mn-Cr系低合金钢和360℃回火后的空冷低碳Mn-Si-Cr系低合金钢具有较高的冲击韧度是由于在该状态下实验钢具有较高的裂纹扩展功所致.因此,空冷低碳Mn-Cr系合金钢可在未回火状态下使用,空冷低碳Mn-Si-Cr系低合金钢必须在回火后使用,经340-360℃回火后,空冷低碳Mn-Si-Cr系低合金钢具有较高的强韧性.

无碳化物贝氏体/马氏体复相钢的强韧性

探讨了回火温度对低碳Mn-Si-Cr钢的空冷无碳化物贝氏体/马氏体复相组织及水淬马氏体组织强韧性的影响。试验表明:经中温回火的空冷无碳化物贝氏体/马氏体复相组织具有较高的强韧性,且中温回火的无碳化物贝氏体/马氏体复相组织的J积分断裂韧度需用J_(1C)来表征。经360℃火后,空冷无碳化物贝氏体/马氏体复相组织的强韧性为σ_(0.2)=1355 MPa,σ_b=1600 MPa,δ_5=13.5％,φ=56.2％,A_K=81 J,相同钢的水淬马氏体组织的强韧性为σ_(0.2)=1350 MPa,σ_b=1617 MPa,δ_5=14.1％,φ=59.5,A_K=67.5 J。其原因在于中温形成的无碳化物贝氏体具有较高的回火抗力,而无碳化物贝氏体中的热稳定性较高的富碳膜状残余奥氏体使钢呈现较高的韧性。

无碳化物贝氏体/马氏体复相钢的新进展

所研制的具有稳定残留奥氏体薄膜的无碳化物贝氏体 /马氏体复相钢 ,出现第一类回火脆性的温度范围提高到 370℃以上。由此可以通过提高回火温度改善钢的韧性 ,降低钢的氢脆敏感性。经 36 0℃回火后 ,所研钢的σb 为 15 80MPa,AKU为 81J ,该钢的KISCC值超过 5 0MPa·m1/ 2 。

马氏体—下贝氏体复相组织强韧化机理研究及实际应用

本文根据有关资料和笔者的试验结果,综述了目前钢中 M/Br 复相组织的研究情况,内容包括强韧性配合及影响因素,微观机理、存在的问题及今后的研究方向,以便指导生产实践,扩大其应用范围。

回火温度对贝氏体/马氏体复相海洋用钢的组织和性能影响

利用扫描电镜、透射电镜等实验方法,研究不同回火温度下试验钢的组织性能变化情况。结果表明:经控轧控冷获得了贝氏体/马氏体复相海洋用钢,其中贝氏体体积分数约占30%;随着回火温度的升高,试验钢的屈服强度先上升后又略有下降,在600℃达到最大值,为983 MPa,抗拉强度明显下降,延伸率先降低后升高,在600℃回火温度达到最大值为19.6%,之后又开始降低,冲击功在400℃和600℃出现明显回火脆性;在550℃回火温度试验钢取得最佳力学性能,其中抗拉强度和屈服强度分别为1 050MPa和981 MPa,延伸率为16.6%,-40℃低温冲击功为19.9 J。分析认为,回火过程中马氏体板条断裂消失,贝氏体相互合并形成准多边形铁素体,析出物逐渐回溶和重新析出,造成力学性能的变化差异。

FF710钎具钢下贝氏体/马氏体复相组织的控制

对FF710钎具用钢设计了连续冷却实验,分析了不同冷却速度下的显微组织及硬度,讨论了无碳化物下贝氏体组织形成原因以及无碳化物下贝氏体/马氏体(CFB/M)复相组织的强韧性。研究表明:通过连续冷却在过渡区及基体获得的贝氏体组织均为CFB,电子衍射分析表明CFB是由贝氏体铁素体板条和残留奥氏体组成;CFB/M复相组织具有明显的强韧化效果。因此,在连续冷却过程中冷速应该控制在0.1～0.3℃/s之间,使得过渡区获得马氏体与细针状或竹叶状分布的CFB复相组织,提高渗碳层的强韧性;基体获得贝氏体/低碳马氏体复相组织,达到外强内韧的组织要求。

哑铃用钢在连续冷却过程中下贝氏体/马氏体复相组织的控制

以哑铃用钢FF710为研究对象,金相显微镜下观察了哑铃用钢FF710在不同冷却速度下连续冷却后基体以及过渡区的微观组织。实验结果表明,当哑铃用钢FF710冷却速度在0.1℃/s和0.3℃/s之间时,过渡区的组织为无碳化物下贝氏体/中碳马氏体复相组织,基体的组织为无碳化物下贝氏体/低碳马氏体复相组织,均具有良好的强韧化效果。

无碳化物贝氏体/马氏体复相钢晶粒细化研究

在获得无碳化物贝氏体／马氏体复相钢奥氏体晶界侵蚀方法的基础上，利用电致加热循环淬火方法对无碳化物贝氏体／马氏体复相钢进行组织超细化处理，研究了奥氏体化温度、加热速率、循环次数和保温时间对钢的组织和原奥氏体晶粒的影响。实验结果表明：以100℃/s的加热速度加热到910—920℃淬火，循环3次，前两次淬火不保温，最后一次保温30s，可得到平均晶粒度为3．2μm，超高周疲劳性能优异的超细化无碳化物贝氏体／马氏体复相钢。

1500MPa级经济型贝氏体/马氏体复相钢的合金设计

综述了贝氏体 /马氏体复相组织对钢强韧性的影响及残留奥氏体对钢延迟断裂性能的影响。在清华大学贝氏体研究及推广中心工作积累的基础上 ,设计了一种新的 1 50 0MPa级经济型贝氏体 /马氏体复相钢。该钢奥氏体化后空冷就可获得贝氏体 /马氏体复相组织 ,经低温回火后 ,钢的抗拉强度σb≥ 1 50 0MPa ,屈服强度σ0 .2 ≥ 1 2 0 0MPa ,伸长率δ5≥ 1 4% ,断面收缩率 ψ≥57% ,室温冲击韧度aku≥ 1 0 9J/cm2 。

一种新的复相组织——仿晶界型铁素体/粒状贝氏体

本文在回顾几类典型高强度低合金钢强韧化途径的基础上 ,设计了一种新的复相组织———仿晶界型铁素体 /粒状贝氏体(GBA/Bg) ,并测试了此类复相钢的连续冷却转变规律与轧态力学性能。研究表明 ,试验钢可在较宽的冷速范围内得到这类GBA/Bg复相组织 ,且强韧性配合良好。在未利用贵金属元素、炉外精炼、控轧控冷及热处理的条件下 ,工业试生产得到的1 2mm中厚钢板的力学性能为σb=850MPa,σ0 2 =540MPa ,δ5=1 8% ,AKV(- 4 0℃ ) =34J。作为 80 0～ 1 0 0 0MPa级的高强度结构钢 ,这类钢具有良好的工业应用前景。

仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相组织的韧性

研究了仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相钢轧态组织的韧性与裂纹扩展特点.与单一粒状贝氏体组织相比,仿晶界型铁素体/粒状贝氏体夏相组织具有更好的强韧性配合.适量仿晶界型铁素体的存在增加了复相组织的协调变形能力,提高了裂纹形成功;同时使裂纹扩展路径弯曲、分叉,微裂纹尖端钝化,在一定程度上提高了裂纹扩展功.在粒状贝氏体转变的第二阶段（富碳亚稳奥氏体→马氏体/奥氏体（M/A岛）缓冷,已转变的马氏体将进行自回火,并提高残余奥氏体的热稳定性,从而使复相组织的裂纹扩展功得到明显提高.

中碳Si-Mn系贝氏体/马氏体复相耐磨钢热处理工艺及性能

针对中碳Si-Mn系贝氏体/马氏体复相钢,比较不同热处理工艺(正火+回火,等温淬火+回火)后的组织和性能,以探索适宜的热处理工艺,并进行摩擦磨损实验。结果表明,在本研究范围内,复相钢最佳的热处理方案及相应的性能为950℃×1 h正火+250℃×2.5 h回火,洛氏硬度为51.7 HRC,冲击韧度αK为20.6 J/cm2,抗拉强度为1731.7 MPa;950℃×1 h奥氏体化+320℃×1h等温淬火+250℃×2.5 h回火,洛氏硬度为50.8 HRC,冲击韧度αK为20.9 J/cm2,抗拉强度为1508.0 MPa。干摩擦或油润滑条件下,复相钢均有较好的耐磨性能,相比而言,正火+回火的复相钢耐磨性更好。

锰硅系贝氏体/马氏体复相钢中贝氏体精细结构的研究

利用原子力显微镜（ＡＦＭ）、扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）、透射电子显微镜（ＴＥＭ）、光学显微镜（ＯＭ）等分析手段对锰硅系贝氏体／马氏体复相钢中贝氏体的结构进行了研究．观察到低碳锰硅钢中的贝氏体组织由亚片条、亚单元组成．利用原子力显微镜（ＡＦＭ）及透射电子显微镜（ＴＥＭ）在贝氏体工单元中发现有以残余奥氏体膜为分界面的精细结构的存在观测结果可用贝氏体相变的激发形核－台阶长大机制做合理解释．为锰硅系贝氏体／马氏体复相钢的合金组织设计、组织结构和性能关系的研究提供了实验依据．

具有仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相组织的大截面钢筋

探索了仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相钢用于制造热轧低碳高强度可焊钢筋的可行性与工业化前景。对不同铬含量的空冷贝氏体钢筋的组织、强韧性及可焊性等进行了对比研究。结果表明,含有0·25%铬的Mn-Si-Cr系低碳贝氏体钢在轧后空冷条件下得到含有约26%(体积分数)的仿晶界型铁素体的粒状贝氏体复相钢,其抗拉强度、屈服强度和伸长率(5δ)分别达到830MPa5、60MPa和18%,实现了较好的强韧性配合,并且具有较好的可焊性,在用于制造500MPa级大截面钢筋方面具有较大的市场化优势。

Cr12冷作模具钢下贝氏体/马氏体复相热处理工艺的研究

研究了下贝氏体／马氏体复相热处理工艺对Cr12钢显微组织与性能的影响。Cr12钢于1030℃加热奥氏体化，在280℃等温1～4h，获得不同百分比的下贝氏体／马氏体组织，测定相应的耐磨性及冲击韧性，并与常规热处理的Cr12钢进行了比较。结果表明，7％～10％贝氏体／马氏体复相显微组织能赋予Cr12钢以良好的韧性与耐磨性配合。本文对这种复相组织进行了分析及讨论。自行车把节头的凸袋模系Cr12钢制的冷镦模，采用贝氏体／马氏体复相热处理工艺代替常规的分级淬火，其使用寿命可提高3～4倍，现已应用于生产。

3Cr2W8V铜马氏体──贝氏体复相热处理的研究

采用马氏体一贝氏体复相热处理研究了3Cr2W8V钢强韧化工艺，并作了理论分析。将试验结果用于铝合金压铸模，显著提高了耐磨性、抗热疲劳性和使用寿命．

Cr12钢马氏体-贝氏体复相处理强韧化及应用

研究了Ｃｒ１２钢贝氏体含量与马氏体－贝氏体复相组织力学性能关系和工艺参数对强韧性的影响。结果表明，经低温回火，马氏体－贝氏体复相组织中含１５％～２５％下贝氏体时，钢的强韧性及模具使用寿命显著提高。