变形温度对淬火配分钢微观组织和硬度的影响

用Gleeble-3800试验机对一种低碳CrNi3Si2MoV钢开展了热压缩30%后立即进行淬火配分(Q&P)工艺处理的试验,探讨变形温度对淬火配分钢微观组织和硬度的影响,用SEM和TEM进行微观组织表征,用XRD测量残留奥氏体体积分数。结果表明,与Q&P工艺处理的样品相比,变形后再进行Q&P工艺处理的样品存在残奥量和维氏硬度同时升高的现象,随变形温度的降低,钢的硬度逐渐升高,残奥量先增大后减小,热变形导致钢的Ms温度升高,变形温度为750℃的样品获得最大量的残留奥氏体,达到17.2%,热变形引入的位错促进C的配分,同时提高钢的强度。

退火工艺对超高强淬火配分钢力学性能的影响

通过对冷轧态淬火配分钢进行热模拟试验,得出加热温度、缓冷温度、淬火温度和配分温度对淬火配分钢力学性能的影响规律。利用金相显微镜、透射电镜及扫描电镜对典型工艺下的试验样品进行了金相、相结构及拉伸试样的断口结构进行观察。结果表明,选择合适的连续退火工艺可以获得强度大于1 500 MPa,断后延伸率大于8%的超级钢。

淬火配分工艺对高强Q&P钢织构和性能的影响

对试验用淬火配分(Quenching and Partitioning,Q&P)钢在一步淬火配分工艺中不同淬火温度(220、260、300℃)和淬火时间(60、120、180 s)下组织、织构、力学性能及拉伸断口特征进行研究.结果表明:试验用Q&P钢在一步淬火配分中获得的最大残余奥氏体体积分数为7.12%;随着淬火温度升高,板条马氏体的宽度增大;随着淬火温度和配分时间升高,织构的最大强度逐渐降低,抗拉强度逐渐减少;屈服强度和延伸率呈相反的变化趋势.

淬火配分-深冷复合处理下NM300耐磨钢微观组织与性能研究

利用扫描电子显微镜、室温拉伸、室温冲击、往复式摩擦磨损实验等手段,研究了淬火配分-深冷复合处理对NM300低合金耐磨钢微观组织、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明:经淬火配分-深冷复合工艺处理后,耐磨钢微观组织由马氏体/贝氏体、铁素体及残余奥氏体组成;相较于淬火配分处理,淬火配分-深冷复合处理提高了耐磨钢的抗拉强度、硬度和冲击韧性,强塑积达到17 GPa·%以上,冲击韧性提升了5.97%,耐磨性提升了29.0%。

合金元素在淬火配分钢中的应用研究进展

淬火配分钢作为第三代先进高强汽车钢候选材料之一,兼备低成本、高强度、高塑性等突出优点。与第一代、第二代先进高强钢相比,淬火配分钢更加符合现代汽车轻量化、绿色化与安全化的发展趋势,可用于制造保险杠、碰撞梁与A/B/C柱等强度高且成型复杂的冲压件。其中,合金元素是淬火配分钢的研发基础,近年来通过发挥钢材内合金元素的作用,遵循"多相"、"亚稳"、"多尺度"组织调控理念,使得淬火配分钢在综合性能方面取得了长足的进展。但由于淬火配分钢强度较高(800～1 500 MPa),目前仅宝钢、鞍钢、唐钢等少数国内钢铁企业具备生产能力。受Mn-Si系TRIP钢以及高Si无碳空冷贝氏体钢研发的启示,Speer J G基于高碳/中碳含硅钢实验结果以及热力学与动力学模拟,较全面地揭示了淬火-配分的概念。其难点在于淬火温度及配分时间的选取,即在保证强度的前提下使C配分最大化,以获得最佳马氏体/奥氏体复相组织配比,由此吸引众多研究者对淬火与配分工艺参数进行不断的探索,并发现在配分过程中将不可避免地引起碳化物析出、奥氏体分解,无法实现理想情况下的C完全配分到奥氏体中,导致残余奥氏体含量仅10%左右,限制延伸率进一步增加。若持续增添C又会恶化焊接性能。为解决这一矛盾,国内外研究者相继提出利用C、Mn等合金元素协同配分稳定奥氏体的想法,其中合金元素配分行为及促进其配分的途径成为目前淬火配分钢中奥氏体稳定化的研究焦点。研究者们利用3D-APT或EPMA技术对不同合金元素在铁素体、奥氏体、渗碳体间的配分行为进行表征并取得了丰硕的成果。钢中主流合金元素C、Mn、Si/Al、Cu/Ni在各相间化学势梯度的驱动下进行扩散,其中C、Mn、Cu/Ni原子偏向奥氏体一侧扩散,起稳定奥氏体的作用,而Si/Al向铁素体中配分,抑制渗碳体析出。此外,大量实验也证实了两相区加热及变形可强化合金元素的配分行为。本文简单介绍了淬火配分工艺的特点,阐述了淬火配分钢的增塑机理;并分析了不同合金元素在淬火配分钢中的作用,重点论述了不同合金元素的配分行为;同时根据合金元素的配分特点,详细指出了两种促进合金元素配分的主要途径;最后对合金元素在淬火配分钢中应用的前景进行了展望,为淬火配分钢的产业化发展奠定基础。

超高强淬火配分钢QP980热轧断带分析

对河钢唐钢淬火配分钢QP980进行了化学成分、组织及夹杂物分析,认为造成其热轧断带的主要原因是快冷、快热导致铸坯内外热应力过大,使得微裂纹在内应力的作用下不断扩展。通过将连铸坯入缓冷坑,调整加热炉低温加热区(加热一区)的驻炉时间≥30 min,严格控制板坯除鳞温度≥1120℃,降低过粗轧除鳞的板坯速度,QP980钢再未出现热轧断裂问题。

淬火-配分处理对30CrMnSiA钢冲击韧性的影响

淬火-配分(Quenching and Partitioning,Q&P)钢由于具有优异的综合性能而备受关注。本文设计了一步等温和二步等温处理工艺,通过改变淬火温度和等温温度获得了不同含量一次马氏体(PM)、残余奥氏体(RA)、二次马氏体(FM)及贝氏体(BF)的多相微观结构。采用XRD、EBSD综合分析了淬火配分处理对马氏体/贝氏体形态、位错密度、体积含量、变体选择行为以及冲击韧性的影响。示波冲击试验结果表明:330℃是一步淬火配分和二步淬火配分处理的最佳淬火温度,该温度能够获得最佳的冲击韧性。与一步淬火配分处理比较,二步淬火配分处理可以提高复相组织中的RA含量,并降低FM含量。最优的淬火温度和配分温度有利于降低马氏体/贝氏体(M/B)中的位错密度、增加RA和大角度晶界(HAGB)体积含量,从而显著改善Q&P钢的冲击韧性。

高强韧钢淬火-配分工艺中碳配分计算模型的研究进展

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关键环节。QP钢配分时除了会发生碳配分,还常常伴有置换原子短程扩散、奥氏体/马氏体界面迁移、奥氏体/马氏体间相变、奥氏体/贝氏体间相变及碳化物析出等现象,使得对配分过程组织演化和碳浓度分布的研究变得十分困难。国内外学者以相关实验为基础,针对具体配分过程提出了许多计算模型,以达到对最终组织相组成的准确预测,并揭示配分过程中多现象同时发生的潜在机制。本文从以下两方面对QP钢碳配分过程的计算模型进行了综述:(1)基于热力学和动力学建立的计算模型,主要包括理想化的CCE模型、考虑界面移动性的QP-PE模型和QP-LE模型、考虑碳化物析出的CCEθ模型和QPT-LE模型、考虑贝氏体相变的耦合模型以及考虑多现象同时发生的耦合模型;(2)利用相场手段进行的相关计算模拟。最后,对今后碳配分过程的模拟计算研究前景做出展望。

退火温度对淬火配分后热轧高强钢显微组织和力学性能的影响

将热轧高强钢升温至不同温度(780,810,840,870℃)保温退火600s后进行200℃×60s淬火+410℃×300s配分处理,研究了退火温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着退火温度升高,淬火配分后试验钢中铁素体和马奥岛含量减少,回火马氏体、残余奥氏体和贝氏体含量增加;随着退火温度升高,抗拉强度先减小后增大,屈服强度、断后伸长率、屈强比和冲击吸收功均先增大后减小;840℃退火温度下淬火配分后试验钢的强度、塑性和韧性匹配优异,抗拉强度(830MPa)较大,屈服强度(585MPa)、断后伸长率(39.6%)、屈强比(0.70)和冲击吸收功(-20,-40℃环境下分别为28.35,27.69kJ)最大。

淬火配分对工程机械用22MnB5钢组织与性能的影响

将工程机械用22MnB5钢奥氏体化后,分别进行直接淬火,淬火至不同配分温度(305,330℃)保温不同时间(10,20,30,60,80,100,120 s)后淬火(一步法淬火配分),淬火至330℃再升温至405℃保温20 s后淬火(两步法淬火配分)处理,对比研究了淬火配分工艺对试验钢组织和性能的影响。结果表明:一步法淬火配分试样主要由马氏体和碳化物组成,配分时间为60 s时碳化物数量较多、尺寸较小;两步法淬火配分试样主要由板条马氏体、碳化物和少量块状马氏体组成,且残余奥氏体分解更完全、碳化物尺寸更大;直接淬火试样由淬火板条马氏体和少量碳化物组成;一步法淬火配分试样的抗拉强度随着配分时间延长逐渐减小,断后伸长率先增大后减小,强塑积先减小后增加再减小,在配分时间为60 s时断后伸长率和强塑积达到最大;直接淬火试样、两步法淬火配分试样、一步法淬火配分试样的强塑积依次增加。

淬火配分时间对一种中锰钢耐磨性的影响

对一种中锰钢进行了两步法淬火-配分(Q&P)处理,借助OM、SEM、XRD和磨粒磨损试验机观察了中锰钢试样的组织演变并检测其耐磨性能,分析了淬火配分时间对中锰钢组织性能的影响。结果表明:配分处理后试验钢的组织主要为板条状马氏体、块状马氏体和残留奥氏体。当配分时间从5 min延长到40 min时,残留奥氏体含量先增加后减少,配分20 min后达到最大值。试验钢的磨损机制以微观切削为主,小载荷时,随残留奥氏体含量增多,耐磨性减弱;大载荷时,随残留奥氏体含量增多,耐磨性增强。

淬火配分处理对30CrNi3MoV钢微观组织和性能的影响

组织调控是优化低合金高强钢力学性能的常用方法。通过透射电镜(TEM)对30CrNi3MoV钢淬火配分后的组织进行分析,同时采用单轴拉伸测试30CrNi3MoV钢的力学性能。结果表明,淬火配分处理后30CrNi3MoV钢的组织由马氏体、贝氏体及少量残留奥氏体构成。配分温度影响组织中碳化物尺寸和各相的相对含量及性能。

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·%。

奥氏体化温度对C-Si-Mn钢淬火-配分后显微组织与拉伸性能的影响

将初始组织为马氏体的0.2C-1.6Si-1.8Mn钢在不同温度(840,870,910℃)奥氏体化后进行淬火-配分(Q&P)处理,研究了奥氏体化温度对该钢显微组织与拉伸性能的影响。结果表明:当奥氏体化温度在两相区时,Q&P处理后试验钢中的铁素体主要呈带状,残余奥氏体呈块状和薄带状;随着奥氏体化温度升高,铁素体和残余奥氏体含量减少,马氏体含量增加,对应的屈服强度和抗拉强度增大,断后伸长率和强塑积下降;840℃奥氏体化+Q&P处理后试验钢更高的断后伸长率与其更高含量的残余奥氏体且残余奥氏体呈块状和薄带状2种形态有关,这能有效扩展相变诱导塑性效应区间。

经改进型和普通淬火-配分工艺处理的高强钢的显微组织和力学性能

对1 mm厚含0.20%C、2.0%Mn和1.75%Si(质量分数)的钢板进行了普通和改进型淬火-配分(Q&P)工艺处理。检测了钢板的显微组织、力学性能,并对拉伸断口进行了分析。结果表明:经改进型Q&P工艺处理的钢的显微组织由铁素体、贝氏体、二次马氏体和残留奥氏体组成,残留奥氏体体积分数为13.6%,而经普通Q&P工艺处理的钢则为铁素体+回火马氏体+二次马氏体+残留奥氏体,前者的残留奥氏体体积分数为13.6%,后者为9.2%;经普通Q&P工艺处理的钢的屈服强度、抗拉强度分别为680和1070 MPa,断后伸长率为20%,而经改进型Q&P工艺处理的钢的屈服强度和抗拉强度分别为600和1015 MPa,断后伸长率为26%;经改进型Q&P工艺处理的钢为韧性断裂,而经普通Q&P工艺处理的钢为韧-脆性混合断裂。

热变形和淬火配分处理的复合作用对低碳合金钢马氏体相变机制的影响

利用热变形和两步淬火配分(quenching and partitioning,Q&P)工艺的复合作用制备低碳合金钢试样,设计不同的热变形温度,研究加载(获得30%变形量)引起的应力和塑性变形对Q&P工艺下马氏体相变开始温度(Ms),残余奥氏体含量和力学性能的影响.结果表明,与传统两步Q&P工艺相比,复合作用下显微组织细化,尤其是随着变形温度的降低细化更明显,马氏体板条呈现弯曲形貌.随着变形温度升高,Ms升高,但马氏体转变量却有所下降,其原因是应力引起的位错多在奥氏体母相晶界处出现,成为马氏体相变优先形核的位置,而一旦发生相变,一定的塑性应变将提高晶内奥氏体的稳定性,从而促进残余奥氏体含量增加.复合作用下试样的力学性能也有所提高,在650℃变形时试样的硬度最高,而在750℃变形时试样的塑性最好.

Nb对0.2C-1.5Si-1.8Mn淬火配分钢组织和力学性能的影响

在C-Si-Mn系传统Q&P钢的基础上,通过适当添加微合金元素Nb,探讨了微合金元素Nb对淬火配分钢组织性能的影响。结果表明,无Nb钢与加Nb钢的显微组织基本相同,均由铁素体、板条马氏体与M/A岛组成,但加Nb钢马氏体板条明显细化,板条间距明显减小。Nb促进铁素体析出并抑制珠光体生成,Nb的加入有效细化了组织,缩短了C配分距离,有利于碳向奥氏体中扩散,增加奥氏体的稳定性。经相同Q&P工艺处理后含Nb试验钢的屈服强度、抗拉强度均有所提高,其抗拉强度达989.07 MPa,伸长率为18.36%,强塑积为18.16 GPa·%。

淬火配分处理对锻态Fe-0.2C-9Mn-3.5Al钢显微组织及力学行为的影响

分析了淬火配分处理对锻态Fe-0. 2C-9Mn-3.5Al钢显微组织及力学行为的影响。结果表明,热处理态试验钢主要由块状δ-铁素体、马氏体和板条状残留奥氏体等多相构成;残留奥氏体的体积分数随等温淬火温度升高而增大,在310℃时达到峰值;310℃等温淬火后在400℃配分3 min时可以获得较优的综合力学性能,抗拉强度和断后伸长率分别为1175 MPa和21. 50%,强塑积达到25. 26 GPa·%;应力-应变曲线中存在着明显的"锯齿"状起伏,可能与亚稳态的残留奥氏体集中转变为马氏体有关。

980 MPa级热浸镀钢的新型淬火配分工艺及组织性能

针对980 MPa级热浸镀钢,在C-Mn-Si-Al系成分设计基础上,开发了一种以高淬火温度(Ms点以上)为特征的新型淬火配分工艺(High-quenching-temperature quenching and partitioning,HQ&P),并与传统的一步过时效工艺(Quenching and austempering,QAT)相比较,分析不同热处理工艺下的组织结构与力学性能变化规律。试验结果表明,试验钢组织为临界区铁素体、贝氏体和马奥岛复相结构。一步过时效工艺下,随退火温度的增加,铁素体含量逐渐减少,贝氏体含量逐渐增加;高温淬火后配分处理的两步工艺下,试验钢发生了两次贝氏体转变,最终贝氏体含量更高,组织更加均匀且含有少量的残留奥氏体。在HQ&P工艺下,试验钢获得最佳的力学性能,即抗拉强度1005 MPa,伸长率26.1%。

Si对中锰钢淬火配分组织和性能的影响

将20Mn5钢和20Mn5Si2钢进行淬火和配分(Q&P)工艺处理,用扫描电镜观测其微观组织,用X射线法测量残余奥氏体量,研究了Si对其微观组织和力学性能的影响。结果表明,试验钢中的奥氏体含量明显高于传统的TRIP钢和Q&P工艺处理钢;在相同Q&P工艺条件下,20Mn5Si2钢比20Mn5有较多的残余奥氏体,析出物数量较少。同时,20Mn5Si2钢具有较低的屈服强度、较高的抗拉强度和达到28 GPa%的强塑积。Si的添加提高了中锰钢中残余奥氏体量,这种奥氏体在拉伸变形过程中的TRIP效应是产生较高抗拉强度高和延伸率的主要原因。