残余奥氏体对新型高碳Q-P-T钢疲劳性能的影响

本文研究了残余奥氏体对Fe-0.65C-1.5Mn-1.5Si-0.6Cr-0.05Nb(wt%)淬火-配分-回火(Q-P-T)钢疲劳性能的影响。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了马氏体和残余奥氏体中微观结构的演变,包括不同循环周次下的体积分数和平均位错密度。与传统的淬火&回火(Q&T)钢相比,Q-P-T工艺使碳从过饱和马氏体配分到相邻的残余奥氏体中,从而保留更多的残余奥氏体。经Q-P-T处理后,钢的抗拉强度略有下降,但其伸长率与强塑积分别提高了287%和234%。与Q&T钢的疲劳极限为550 MPa相比,Q-P-T钢的疲劳极限达到了650 MPa,提高了100 MPa(18.2%)。高碳Q-P-T钢具有更高疲劳性能的机理主要源于两个方面:一是疲劳试验中存在残余奥氏体吸收位错效应(DARA效应),显著增强了马氏体基体的变形能力;另一方面是残余奥氏体相变产生的高硬度小尺寸马氏体的疲劳止裂效应。本工作证实了高碳Q-P-T钢在循环拉压载荷下存在DARA效应,进一步将该效应的应用范围从静载荷推广至循环变载荷。

新型Q-P-T钢性能及其微观组织

为了提高钢的综合强塑性能,根据徐祖耀提出的淬火-分配-回火(Q-P-T)热处理新工艺,即在Fe-Mn-Si-C钢中加入合金元素Nb和V,利用碳化物弥散析出强化,开发出了性能比Q&P钢更为优越的Q-P-T钢,证实了Q-P-T工艺设想的预期结果。通过微观结构和力学性能表征着重研究了淬火温度对残留奥氏体含量和性能的影响,从而获得了试验钢最佳的淬火温度。

一种新型Q-P-T钢的工艺与组织性能

设计和研究了一种新型高铝(1.8%Al)淬火-碳分配-回火(Q-P-T)高强钢。基于JMatPro 6.0软件和约束条件碳平衡热力学(Constrained Carbon Equilibrium,CCE)模型的模拟计算结果,制定了该钢的热处理工艺,进行了盐浴热处理和力学性能实验,并通过SEM和TEM对实验钢的组织进行了观察与分析。结果表明:Q-P-T实验钢的组织主要由板条马氏体、一定数量的富碳残留奥氏体和弥散分布的碳化物组成,其中马氏体和弥散的碳化物主要提供强化,残留奥氏体则主要起到提高塑性的作用。实验钢经Q-P-T处理后获得了高抗拉强度(1260 MPa)和塑性(18%)的良好匹配且其热处理工艺容易控制,验证了高铝钢采用Q-P-T热处理的可行性。

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。

Q-P-T钢热处理过程中的马氏体相变及其计算机仿真分析

通过Q-P-T钢微观组织EBSD图建立二维有限元模型,利用计算机对由TRIP效应产生的应力松弛对Q-P-T钢微观组织和马氏体相变的影响进行模拟研究。结果表明,应变较小时,马氏体相变基本不发生,随着应变的不断提高,应力松弛效应能显著延缓和抑制Q-P-T钢中残余奥氏体向马氏体的转变。

冷作模具钢SDC55的Q-P-T性能和微观组织研究

主要研究和探索了对新型冷作模具钢SDC55处理的Q-P-T工艺及其微观组织,测试了不同Q-P-T工艺下SDC55试样的硬度、冲击韧性以及残余奥氏体的含量和稳定性,用TEM观察Q-P-T处理后试样的微观组织。实验结果表明,SDC55的优化工艺为930℃奥氏体化,290℃PT温度时间2 min,最后经过180℃一次2 h回火。与常规的淬、回火工艺(930℃奥氏体化淬火,180℃回火两次,每次2 h)相比较,经过Q-P-T处理之后,SDC55的韧性从123 J提高到131 J,硬度保持不变,均为60 HRC。对微观组织和残余奥氏体分析发现,经Q-P-T处理后SDC55的残余奥氏体稳定性得到提高,从而使材料的冲击韧性提高。

Q-P-T工艺中C配分对4Cr5MoSiV1Ti钢力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、洛氏硬度计、电子拉伸试验机和夏比冲击摆锤等分析了4Cr5MoSiV1Ti钢经Q-P-T(淬火+碳分配+回火)热处理后的组织性能。结果表明:当碳配分温度为400℃和碳配分时间为3 min时,试验钢的冲击韧性达到26.25 J·cm^(-2),碳配分时间增加到20 min和60 min,其强度和硬度均呈上升趋势;当碳配分温度为370℃和碳配分时间为3 min时,试验钢的硬度值为49.66 HRC,冲击韧性为25 J·cm-2,断面收缩率为51.2%;当碳配分温度升高到400℃和430℃,试验钢的强度提高,冲击韧性和断面收缩率呈先上升后下降的趋势。

30CrMo钢Q-P-T及深冷处理后的组织与性能

利用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试等研究了不同深冷处理工艺对经Q-P-T工艺处理后30CrMo钢组织和力学性能的影响。结果表明,30CrMo钢最佳的Q-P-T+深冷工艺为:260℃淬火温度,400℃碳配分温度、60 s碳配分时间、-100℃深冷温度、1 h深冷保温时间和一次深冷。经最优的Q-P-T+深冷工艺处理后,30CrMo钢的碳化物的平均尺寸较小,残留奥氏体含量明显增加,残留奥氏体的体积分数约为7.9%,显微硬度约为482 HV,抗拉强度约为1629 MPa,强塑积约为20525 MPa·%,伸长率约为12.6%,其综合力学性能得到了较大幅度提高。

Q-P-T工艺对30CrMo钢组织和力学性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试等研究了不同Q-P-T热处理工艺对30CrMo钢微观组织和力学性能的影响。在实验研究结果的基础上,给出了一种优化的Q-P-T热处理工艺,即:淬火温度为260℃,配分温度为400℃,配分时间为60 s。结果表明:在优化的Q-P-T热处理工艺下,30CrMo钢中的残留奥氏体最多,残留奥氏体不再以薄膜的形式而是以薄片的形式分布在马氏体之间,且残留奥氏体的体积分数约为9.5%,抗拉强度约为1425 MPa,伸长率约为13.5%,强塑积约为19237 MPa·%,其综合力学性能得到较大幅度提高。

新型Q-P-T工艺对Q690钢组织与性能影响的研究

研究了Q690钢经Q-P-T工艺处理前后的焊接性能。结果表明:采用相同焊料和焊接工艺,QPT690钢焊接接头的力学性能比Q690钢显著提高,QPT690焊接接头的屈服强度为537MPa,抗拉强度为676MPa,而Q690焊接接头的屈服强度为480 MPa,抗拉强度为642 MPa。显微组织观察得到,QPT690钢性能改善的原因是QPT690钢焊接熔合区及热影响区存在大量马氏体和残余奥氏体,使组织晶粒更加细化。对断口进行观察分析可知,QPT690钢焊接接头的强度高于Q690,其热影响区晶粒存在细化。研究了QPT690钢在300、350和400℃等3种不同回火温度时的焊接接头的拉伸性能、冲击韧性及硬度,并对组织进行观察和断口进行分析。结果表明,400℃左右中温回火可以使焊接接头获得良好的综合力学性能。

表面凹槽形态对Q-P-T钢成形能力预测的影响

为了确定成形极限图(FLD)理论的凹槽模型中合理的凹槽角度和凹槽深度比,以新型淬火-分配-回火(Q-P-T)钢为研究对象,分别制备了凹槽深度比为5%,10%,15%,25%和凹槽角度为45°,60°,90°的拉伸试样,经单轴拉伸试验后,采用不同的本构模型对拉伸曲线进行拟合,随后利用Swift-Hill公式对单轴拉伸条件下的极限应变值进行了计算,并将理论预测值与经验数据进行比较。结果表明:合适的FLD理论计算应取凹槽深度比为5%左右,凹槽角度等于或小于45°;单轴拉伸条件下极限应变值的计算方法为构成完整FLD的其它加载方式下的极限应变理论预测奠定了基础。

基于碳分配的Q-P-T热处理工艺研究进展

减轻材料重量提升其强度是当今材料科学发展的方向。本文综述了徐祖耀院士提出的Q-P-T工艺,国内的诸多学者对该工艺进行了扩展研究,并取得了一定的进展,特别是上海交通大学结合循环淬火工艺,进一步提出了MQ-P-T复合工艺,研究了40CrMo钢的残余应力及组织性能。总体而言,Q-P-T工艺较传统的Q-T工艺具有更高的强韧性以及疲劳断裂性能,并对Q-P-T工艺的发展进行了展望。

Q-T和Q-P工艺对Fe-C-B合金组织与性能的影响

为了获得综合性能好、成本低的耐磨钢,分别采用淬火-回火(Q-T)和淬火-分配(Q-P)工艺对Fe-C-B合金进行热处理。结果表明,相较于Q-T工艺,Q-P工艺处理后的试样综合性能更加优异。采用Q-T工艺处理后合金的冲击韧性提升了18.9%,而采用Q-P工艺处理后的合金,获得了板条马氏体和薄片状残余奥氏体组成的基体,薄片状的残余奥氏体对于提升Fe-C-B合金的冲击性能产生了重要效果,使该合金的冲击性能提升了50.9%。

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。

大直径厚壁压力气瓶30CrMo钢最终热处理工艺数值模拟与实验

为了提高大直径厚壁压力气瓶30Cr Mo钢的综合力学性能,对其最终热处理过程设计了3种内外表面同步间歇喷雾淬火工艺,即淬火-回火(Q-T)工艺、淬火-碳分配(Q-P)工艺和淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺。并利用数值模拟、物理模拟和相关实验对大直径厚壁压力气瓶的3种最终热处理工艺进行研究,分别给出了气瓶在传统Q-T工艺与新型Q-P(-T)工艺下其内部特征节点的温度、组织及应力的演化规律。研究结果表明,经Q-P-T工艺处理后的大直径厚壁压力气瓶不仅可以降低其瓶身的内外温差和残余应力,而且可以显著改善其内部组织均匀性,提高其残留奥氏体含量,从而改善其瓶身塑性与韧性,提高其综合力学性能。

超高强塑性汽车构件的先进热成形处理AHFT深加工技术

为满足新一代汽车对轻量化、节能和抗冲撞安全的需求,开发了一种新型先进热成形处理（AHFT）技术,以制造强塑积达15-30GPa·%的超高强塑性汽车构件。基于先进高强度钢AHSS塑性化热处理技术和残余奥氏体相变诱导塑性TRIP效应,在传统热冲压成形后随即控制淬火冷却速率和温度,并进行贝氏体等温淬火处理（AT）或淬火-碳分配-回火处理（Q-P-T）,使热成形淬火构件获得超高强度（抗拉强度不小于1.0GPa）铁素体-残余奥氏体型的F-TRIP钢、贝氏体-残余奥氏体型的B-TRIP钢、马氏体-残余奥氏体型的M-TRIP（或Q-P）钢,可以显著提高热成形超高强度构件的伸长率和强塑性。这种先进热成形处理AHFT技术,可以采用22MnB5、TRIP钢、Q-P钢和Q-P-T钢为基础的化学成分,通过传统热连轧宽带钢机组或者短流程CSP薄板坯连铸连轧机组,生产热轧超薄（1.2-2.0mm厚）酸洗板作为原料。先进热成形处理AHFT技术与短流程CSP相结合,生产超高强塑性汽车构件,是高效、节能、环保的短流程深加工技术,可以显著缩短汽车构件的整体制造流程,降低生产成本,大幅度减少汽车构件制造过程中和汽车使用过程中的CO2排放,并拓宽热成形构件产品的种类及其强度和塑性级别范围。

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。

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。

富水粉细砂层隧道开挖坍塌的加固技术研究及效果分析

针对富水粉细砂层隧道开挖引发典型坍塌问题,采用现场勘查、理论分析、室内试验和数据监测等手段,对桃树坪隧道塌方处地表和双向开挖掌子面提出科学治理方案。通过注浆填充率、P-Q-t曲线及注浆效果分析。结果表明:由于坍塌处地层有一定的吸浆能力,虽注浆量逐渐减少,但其抗压逐渐增大,地层得到挤密性加固。注浆后砂层自稳能力明显增强,在稳定性增强的情况下,塌方后的支护体系比塌方前的支护体系增强很多。管棚的数量相对于原管棚设计根数有所减少,但是单根的强度比原设计的管棚单根强度有所增强,管棚施工间距超出设计间距10 cm,可通过超前密排小导管预注浆补强。

马氏体钢力学性能和耐磨性的关系

对自行研制的新型马氏体耐磨钢20Si2Ni3进行了Q-P-T(淬火-分配-回火)及传统淬火-回火(Q-T)热处理,用MLD-10型动载磨料磨损实验机比较在1.5J冲击能量、石英砂磨料条件下,20Si2Ni3钢和高锰钢ZGMn13的冲击磨料磨损性能,并用X射线测量磨损实验前后20Si2Ni3钢残余奥氏体量的变化,用扫描电镜(SEM)分析磨损机理。结果表明:经两种热处理工艺后的20Si2Ni3钢,其冲击磨料磨损性能均优于高锰钢。相比传统Q-T热处理工艺,经Q-P-T热处理后的20Si2Ni3钢,在保持较高硬度的同时,冲击韧性得到了较大提高;不同热处理工艺后,在硬度均约HRC45.5时,20Si2Ni3钢的冲击磨料磨损性能随着冲击韧性的增加而提高,磨损机理以显微犁削为主。