超级贝氏体钢的现状和进展

超级贝氏体钢的基本合金元素为C-Mn-Si,通过300～500℃低温相变得到超细贝氏体、马氏体和残余奥氏体组织。为减小临界冷却速度、促进贝氏体转变,部分超级贝氏体钢中添加Cr、Ni、Mo等合金元素,并降低C、Mn含量以改善钢材的焊接性能。超级贝氏体钢具有超高强度和良好的塑性,其屈服和抗拉强度分别达～1 200MPa和1 600～1 700 MPa,总伸长率为～15%。新一代超级贝氏体钢的屈服强度可达1 300 MPa以上,抗拉强度超过1 700 MPa。

超级贝氏体钢相变的原位观察研究

为了探索贝氏体相变形核和长大的动态过程,利用高温激光共聚焦扫描显微镜,对一种含碳质量分数为0.42%的超级贝氏体钢进行了贝氏体相变的原位动态观察研究.结果表明:在贝氏体保温相变期间,贝氏体形核除了发生在原奥氏体晶界、晶内以及预先形成的贝氏体处,退火孪晶还引发贝氏体形核;在贝氏体长大过程中,后形成的贝氏体板条与先形成的贝氏体长大方向不同,使两者发生碰撞,从而产生"互锁"现象,形成一种互锁的贝氏体微观组织.原位观察可以研究和分析贝氏体形核和长大的动态过程,为贝氏体相变的理论研究提供了更有效的手段.

含钒超级贝氏体钢组织和性能研究

设计并在实验室冶炼了一种低碳、低合金含量的新型含钒贝氏体钢,在Gleebe-1500热模拟实验机上进行模拟空冷相变实验,根据冷却过程中的热膨胀曲线和冷却后的金相组织,确定出贝氏体转变温度区间。在此基础上,选择不同的热处理温度对实验钢进行等温处理,检验热处理后的组织,根据不同温度热处理后的组织和贝氏体转变温度区间,在320℃下对实验钢种进行贝氏体低温等温转变处理,观察等温处理后试样的金相组织,并进行拉伸实验,得到抗拉强度为1 182 MPa,延伸率为19%的良好综合性能。研究结果表明,所设计的新型超级贝氏体钢经过低温等温转变处理可得到贝氏体组织,具备优良的综合性能。

超级贝氏体钢的热处理工艺及性能研究

本文对比研究了一步、二步等温贝氏体转变及贝氏体转变+碳分配热处理工艺对超级贝氏体钢微观组织与力学性能的影响。结果表明,三种工艺处理后的试验钢组织主要为纳米级贝氏体铁素体及残余奥氏体,且与一步法相比,二步等温贝氏体转变及贝氏体转变+碳分配处理后的超级贝氏体钢组织更为细小,残余奥氏体的体积分数下降,力学性能显著提升,而贝氏体转变+碳分配处理工艺的热处理时间则相对较短。

低温变形对Fe-C-Mn-Si超级贝氏体钢组织的影响

研究了Fe-C-Mn-Si超级贝氏体钢低温变形对等温转变贝氏体组织的影响。结果表明,低温下变形会明显缩短贝氏体等温转变的孕育期,同时与未变形等温相变相比,25%的小变形显著促进了贝氏体相变,50%的大变形则阻滞贝氏体相变,低温变形对超级贝氏体相变的影响存在临界变形量。同时,变形等温处理后,贝氏体束由规则的超细板条束改变为断续状,随着变形量的增加,贝氏体断续特征更加明显。

超级贝氏体钢中残留奥氏体的行为

针对超级贝氏体钢中残留奥氏体组织对钢的强韧性贡献,设计了试验用钢60Mn2SiCr。通过对样品完全奥氏体化后不同温度和时间的等温处理,并通过SEM、TEM和MAUD软件分析了在超级贝氏体组织中残留奥氏体的存在、分布及数量。结果表明,残留奥氏体以薄膜状分布在贝氏体铁素体条束之间或针片内部;随等温温度的变化,其数量存在极值现象,在钢的Ms点稍上温度等温处理,可以获得残留奥氏体体积分数极大值为17.64%。此时,钢的强度为1930 MPa,伸长率7.44%,断面收缩率15.66%,具有良好的强韧性配合。

回火温度对不同淬火处理0.6C超级贝氏体钢组织及性能的影响

分析了不同回火温度下等温盐浴和淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理0.6C超级贝氏体钢的微观组织和力学性能。结果表明:经230℃×10 h+320℃×7 h两步法等温淬火处理后,试样在360~500℃温度区间出现明显的第二类回火脆性,而Q-P-T试样回火脆性温度区间为450~470℃,经Q-P-T工艺处理后,回火脆性温度区间明显变窄,试样力学性能全面提高。利用SEM、TEM、XRD等手段对显微组织进行表征,揭示了Q-P-T试样优于等温处理的两个主要因素:经Q-P-T工艺处理后,微观组织更为细化,随着亚晶界的增多,组织稳定性进一步增强,碳化物晶界偏聚受到阻碍,难以连接成网状,故经Q-P-T工艺处理后试样第二类回火脆性区间极大缩小;经Q-P-T工艺处理后薄膜状残留奥氏体含量增大,奥氏体更为稳定,有利于减弱第二类回火脆性的影响。

预相变马氏体对超级贝氏体钢组织热稳定性的影响

为明确超级贝氏体组织失稳机制以及探索提高超级贝氏体钢中残余奥氏体热稳定性的方法,通过预相变马氏体工艺,即在等温贝氏体相变前引入预相变马氏体,制备了中碳超级贝氏体钢。对比分析了回火前后中碳超级贝氏体钢显微组织和力学性能的变化,研究了预相变马氏体对中碳超级贝氏体钢中贝氏体组织及残余奥氏体热稳定性的影响。结果表明:预相变马氏体的存在能够细化贝氏体铁素体板条,提高残余奥氏体含量和热稳定性。预相变马氏体的引入及其对超级贝氏体组织的细化作用使得试验钢的屈服强度超过1000 MPa,伸长率大于20%;300~600℃回火1 h后,高碳薄膜状残余奥氏体首先发生分解,形成细小的碳化物,然后贝氏体铁素体板条发生回复和再结晶,形成沿原板条方向的铁素体晶粒;600℃回火后试验钢的屈服强度仍与回火前相当,主要是预相变马氏体周围的薄膜状残余奥氏体未发生明显分解,能够抑制相邻贝氏体铁素体板条的回复。

热处理工艺对高碳贝氏体钢组织与力学性能的影响

借助OM、SEM、XRD等手段,对比研究了一步、两步等温贝氏体转变工艺及QPB(淬火+配分+贝氏体转变)工艺对高碳贝氏体钢(w(C)=0.79%)显微组织与力学性能的影响。结果表明,采用一步等温贝氏体转变工艺处理试验钢时,当等温温度同为250℃,随着保温时间的延长,钢中贝氏体转变越充分,块状残余奥氏体尺寸降低,组织更为均匀细小;而在较低温度下(200℃)等温处理时,钢中残余奥氏体含量显著降低,贝氏体铁素体板条更细小,材料的强度和硬度提高,而塑性和韧性下降。两步等温贝氏体转变工艺处理(250℃×24 h+200℃×72 h)的试验钢中贝氏体铁素体板条平均尺寸约为82 nm,残余奥氏体体积分数为21.4%,获得了最佳的综合力学性能,抗拉强度达到2040 MPa,伸长率为12.5%,冲击韧性为21 J。QPB工艺提高了贝氏体转变速率,大大缩短了热处理时间,最终得到马氏体+贝氏体铁素体+残余奥氏体的组织,试验钢同时也获得了良好的强度和塑韧性。