冷轧汽车中锰钢的逆相变退火与组织性能研究

为提高汽车中锰钢的强塑积,对冷轧态中锰钢进行了不同温度(650~680℃)和不同时间(10~50 min)的逆相变退火处理,研究了退火温度和退火时间对中锰钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,原始冷轧态中锰钢板的组织由铁素体(F)+马氏体(M)组成,微观结构中可见弥散分布的尺寸20~45 nm的碳化物。退火温度从650℃升至680℃,中锰钢屈服强度、断后伸长率、强塑积和残余奥氏体体积分数均先增大后减小,而抗拉强度一直增大。退火时间从10 min增至50 min,中锰钢屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、强塑积和残余奥氏体体积分数均先增大后减小。冷轧中锰钢适宜的退火制度为:退火温度660℃、退火时间30 min,此时中锰钢组织为F+M+奥氏体(γ),奥氏体体积分数24.12%,超细晶铁素体平均晶粒尺寸0.29μm,板条马氏体平均宽度0.27μm,强塑积23.33 GPa·%。

逆相变退火温度对低密度中锰钢组织和力学性能的影响

针对实现汽车轻量化成本过高且高强度和高塑性无法兼具的问题,设计了一种成分为0.36C-4.5Al-7.6Mn-0.31V-0.31Si-0.07Ti的低密度中锰钢,利用OM、SEM、EBSD、XRD和拉伸试验机,探究了不同逆相变退火温度对低密度中锰钢微观组织构成、残留奥氏体(含量、稳定性及奥氏体内位错密度)和力学性能的影响。结果表明,试验钢逆相变退火态为沿轧制方向长条状的δ铁素体、板条状马氏体和块状残留奥氏体的混合组织。逆相变退火温度由650℃升高至780℃时,马氏体含量减少,残留奥氏体含量由50.14%升高至58.97%,奥氏体平均晶粒尺寸先增大后减小,奥氏体KAM值(与位错密度成正比)呈相反趋势。当采用780℃逆相变退火1 h时,试验钢可获得最佳的力学性能,屈服强度为739.1 MPa,抗拉强度为884.2 MPa,伸长率为37.80%,强塑积为33.42 GPa·%。

逆相变退火对中锰钢组织演变和力学性能的影响

对0.22C-3.97Mn-1.57Si-0.1Al-0.043Nb中锰钢进行预淬火处理获得板条状马氏体的初始组织,再进行不同温度的逆相变退火处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等组织表征手段以及拉伸试验机研究试验钢微观组织演变及力学性能。结果表明,经逆相变退火后室温组织为板条状铁素体、马氏体和残留奥氏体。随退火温度升高,试验钢的抗拉强度逐渐升高,屈服强度逐渐降低,伸长率和强塑积先升高后降低。退火温度为670~690℃时,多相组织协调变形,残留奥氏体TRIP效应明显,试验钢表现出优异的力学性能。退火温度为690℃时,试验钢获得最佳力学性能,抗拉强度为1062 MPa,断后伸长率为27.0%,强塑积达到28.7 GPa·%。退火温度高于690℃时,马氏体占比高,残留奥氏体机械稳定性差,试验钢抗拉强度提高但塑性下降;铁素体加工硬化能力增加,残留奥氏体机械稳定性下降,抑制吕德斯带和锯齿流变出现。

中锰钢逆相变退火组织的演变及锰的配分行为

采用SEM、TEM、STEM、XRD、EBSD等实验分析方法对中锰钢(0.2C5Mn)在奥氏体逆相变不同时间退火过程中的微观组织演变进行了分析。结果表明:中锰钢在650℃短时间逆相变退火时析出大量M3C型碳化物,随着退火时间的延长,逆相变奥氏体形成长大,获得马氏体、奥氏体双相片层状组织。马氏体与逆相变奥氏体晶粒取向服从K-S关系,且两相板条平均宽度在0.5μm左右。退火过程中锰元素出现由淬火组织平均分布逐渐向逆相变奥氏体富集的配分行为,长时间退火后形成体积分数为30%的逆相变奥氏体,抗拉强度为960MPa,屈服强度为500MPa,总伸长率为40%,强塑积高达38.4GPa·%。

逆相变退火处理Fe-Mn-C中锰钢的组织与性能

为了研究奥氏体逆相变(austenite reverse transformation,ART)退火处理对Fe-Mn-C中锰钢的组织与性能的影响,以ART退火处理1、10和360 min后Fe-5Mn-0.2C中锰钢为基础,利用XRD、SEM等手段对其显微组织进行表征,通过WE-300型拉伸试验机和ML-10型销盘式磨料磨损试验机对其拉伸性能和耐磨性进行测试。结果表明,ART退火过程中,残余奥氏体在原奥氏体板条之间形核并长大,原始马氏体组织逐渐转变为铁素体-奥氏体板条交替分布的复合组织。随着ART退火时间的延长,残余奥氏体体积分数增加(由18.4%提高到33.6%),Fe-5Mn-0.2C钢的综合力学性能和耐磨性随着残余奥氏体体积分数的增加而显著提高,强塑积由25613提高到44496 MPa·%,其耐磨性与目前广泛应用的ZGMn13耐磨钢、Hardox450耐磨钢和中碳马氏体耐磨钢相当。

温轧及逆相变退火对中锰钢组织和力学性能的影响

采用单轴拉伸及TEM、XRD等实验方法分析研究了0.1C-5Mn中锰钢温轧后逆相变退火处理对其组织和性能的影响规律。结果表明：实验钢温轧后退火处理可获得等轴状与一定量板条状共存的奥氏体＋铁素体的复合组织形貌。随着退火时间延长,逆转变奥氏体的含量增多、尺寸增大,这使得奥氏体的稳定性逐渐降低,抗拉强度逐渐提高,而屈服强度、伸长率及强塑积则逐渐降低;在退火时间为5min时,可获得高达40GPa·%的强塑积。与冷轧退火样相比,温轧退火样具有更为优异的塑性和强塑积,强塑积可提高20%以上。因此,温轧工艺具有简化中锰钢生产工艺流程、并进一步改善其力学性能的良好潜力。

逆相变退火对连铸坯组织和力学性能的影响

研究了逆相变退火温度对0.1C5Mn钢连铸坯的组织结构和力学性能的影响规律,采用SEM进行组织结构的表征,利用XRD技术分析连铸坯退火后奥氏体含量,并测试了退火试样的力学拉伸性能。试验结果表明,连铸坯退火过程中发生奥氏体逆转变且在较低退火温度下有少量碳化物析出,随着退火温度升高,奥氏体含量先增加后减少,析出物逐渐溶解消失。提高退火温度可以显著提高试验钢的抗拉强度但却降低它的屈服强度,另外随退火温度升高,断后伸长率和强塑积先增高后降低。在625～650℃退火,可以获得20%～25%的伸长率。研究结果说明利用逆转变退火可以大幅度提高中锰钢铸坯的力学性能。

逆相变热处理时间对冷轧中锰钢组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了0.13C-5Mn冷轧中锰钢经逆相变退火处理后的组织和力学性能,分析讨论了保温时间、加工硬化率以及相变诱导塑性效应(TRIP)对其组织和力学性能的影响。结果表明:0.13C-5Mn冷轧中锰钢经过淬火及逆相变退火后组织主要为超细晶铁素体、马氏体以及奥氏体。随着保温时间的增加,实验钢组织中奥氏体含量先增加后减少,在保温30 min时达到最大值,为24.24%。随着保温时间的增加,0.13C-5Mn冷轧中锰钢的综合力学性能先升高后降低,经930℃淬火20 min并在665℃保温30 min后,实验钢的综合力学性能最佳,其抗拉强度为980 MPa,伸长率为23.7%,强塑积为23.2 GPa·%。

深冷对逆相变处理中锰钢组织性能的影响

为了研究原始组织状态对逆相变退火中锰钢微观组织和力学性能的影响,对淬火处理的中锰钢再进行-74℃深冷处理,采用SEM、EBSD、XRD等手段评价了逆相变退火处理后的微观组织,用单轴拉伸和冲击试验评价力学性能。研究结果表明:淬火态中锰钢的组织由马氏体和体积分数约为33%的残余奥氏体组成,深冷处理后得到残余奥氏体体积分数小于15%的细小马氏体组织;相对于淬火+逆相变处理的样品,深冷+逆相变样品奥氏体体积分数从31%提高到49%,具有更高的奥氏体稳定性使屈服强度从650 MPa提高到852 MPa,断后伸长率从22%提高到37%。

新工科背景下热处理原理与工艺教学内容探讨

热处理原理与工艺作为金属材料工程、冶金工程、成型及控制工程等专业的必学内容,是以后从事相关工作、科研的重要理论基础。立足新工科建设,满足培养现代化工程技术人员,教学内容必须与时俱进。研究提出教学内容重点和教学思路拓展,主张积极拓展学生的知识面,紧跟工业化科技进步,以期取得理想效果。

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。

高强塑积汽车用中锰钢的热变形与组织性能

采用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等手段,研究了热压缩变形量(0%、25%、50%和75%)对奥氏体逆相变退火态汽车用中锰钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着热压缩变形量从0%增加至75%,退火态中锰钢中马氏体板条的平均宽度从0.96μm减小至0.34μm、碳化物的平均粒径从Φ38 nm减小至Φ20 nm,且碳化物的体积分数也随着热压缩变形量的增加而增大。经过热压缩变形处理的退火态中锰钢中的奥氏体含量、断后伸长率和强塑积均高于未经过热压缩变形的试样,且当热压缩变形量为50%和75%时,退火态中锰钢的强塑积均高于33.4 GPa·%,符合第3代汽车钢对强塑积≥30 GPa·%的要求,这主要与热压缩变形后退火态中锰钢中板条马氏体较为细小、碳化物尺寸小且体积分数较大等有关。

0.12C-5Mn锰钢的组织演变

对热轧、正火、冷轧、淬火及逆相变退火后的0.12C-5Mn锰钢的组织进行了研究。结果表明：热轧板组织为珠光体＋铁素体;正火后,组织较热轧态更加粗大,沿轧向分布更加均匀;冷轧板珠光体分布更加混乱弥散;750℃淬火组织为少量马氏体和铁素体,625℃逆相变退火后组织仍然为马氏体和铁素体,但马氏体量减少。

第3代汽车用中锰钢的研究现状

概述了第3代汽车用中锰钢的研究现状及进展,介绍了已开发的中锰钢的化学成分及其设计依据,分析了不同合金元素对中锰钢组织和性能的影响,揭示了中锰钢的高强度、高塑性和高加工硬化率的形成机制,讨论了逆相变退火工艺与拉伸行为的关系,并对中锰钢的未来应用领域进行了预测。