用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工艺

为进一步提高钢的强度,改造淬火-碳分配(Q-P)工艺,在超高强度钢的成分设计中加入碳化物形成元素Nb或(和)Mo,使在马氏体基体上析出碳化物,提出淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工艺。将按设计超高强度钢大致成分的钢进行Q-P-T处理后,得钢的抗拉强度高达>2000MPa,总断后伸长率>10%。和迄今发展的各类含碳小于0.5%钢的综合力学性能相比,Q-P-T钢可能成为优异的超高强度钢。

将淬火—碳分配—回火(Q-P-T)及塑性成形一体化技术用于TRIP钢的创议

为改善环保,节约能源和原材料,降低车辆重量,亟需提高用于汽车件的TRIP钢强度。应用淬火—碳分配—回火(Q-P-T)工艺代替TRIP的一般热处理工艺,钢的抗拉强度已能高达2000MPa以上,断后伸长率在10%以上,但不能保证具有足够的残留奥氏体量。为此创议将Q-P-T工艺及塑性成形一体化技术用于TRIP钢,其精选工艺根据应力作用下的相变原理制定,既能达到显著提高的力学性质,如抗拉强度1500～2000MPa,断后伸长率10%～15%,适量的残留奥氏体,如约12%,还能进一步节能和改善环保。

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。

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。

淬火-回火热处理对超高强Fe-Mn-Al-C合金钢组织与力学性能影响研究

对一种成分为Fe-8Mn-8Al-0.8C的Fe-Mn-Al-C系超高强合金钢的热轧钢板进行“淬火+回火”热处理试验,研究其力学性能和微观组织。结果表明,试验用钢在热轧后由铁素体、奥氏体以及κ-碳化物三种物相组成,且组织呈现明显的带状,经热处理后κ-碳化物消除,热轧板在900℃保温1 h后水淬200℃回火60 min后呈现最优整体力学性能,抗拉强度达到1410 MPa,延伸率为29%,强塑积达到41 GPa·%。

相变塑性锚杆材料淬火-碳分配-回火热处理工艺研究

研究了可用做超高强度锚杆材料的低碳Si-Mn系TRIP钢的Q-P-T热处理的力学性能,结果表明:经Q-P-T得到的显微组织主要是具有高位错密度的细条状马氏体和10%～15%的残留奥氏体,马氏体上析出了细小共格复杂碳化物。在延伸率≥17.3%的条件下,最佳综合性能σb×σs为1 874 520 MPa,其中抗拉强度σb=1 640 MPa。

淬火-配分-回火工艺处理钢的三体冲击磨损性能研究

研究了"淬火-配分-回火"(Q-P-T)工艺对20Si2Ni3钢三体冲击磨料磨损性能的影响。结果表明,随试验冲击能量从0.5 J增加到3.5 J,试样的磨损失重量先增大后减小,在2.5 J时出现峰;试样经Q-P-T工艺处理后的磨损失重量低于传统淬火回火(Q-T)工艺处理的试样,其主要磨损机制由犁削向应变疲劳转变;经Q-P-T处理的样品在磨损试验后的表面加工硬化层厚度明显高于经Q-T处理的样品。分析认为基体的高塑韧性及其在磨损过程中的形变强化和残余奥氏体的相变强化是Q-P-T工艺处理钢具有较好的抗冲击磨料磨损性能的原因。

采用直接淬火-回火技术研制抗拉强度780MPa高强韧钢板

测定了选定低碳微合金成分体系的动态CCT曲线。当冷却速度在1～30℃/s之间时,钢板形成贝氏体组织,随冷却速度的增加,Bs点下降,贝氏体组织逐渐细化,钢板维氏硬度增加。采用大于等于20℃/s的冷速淬火到室温后,在610～650℃回火,试制了抗拉强度大于780 MPa的高强度钢板。钢板的屈服强度大于700 MPa,-40℃冲击功大于150 J,钢板在630℃回火获得了较好的强韧性匹配。钢板直接淬火态的微观组织由宽度为0.5～1.5μm的贝氏体铁素体板条和板条界面处的马奥组元构成。贝氏体板条内部有亚板条。回火热处理后,贝氏体板条界面弱化,球状的渗碳体在贝氏体板条边缘形成。仪器化冲击实验显示钢板在-40℃仍具有良好的止裂能力。钢板的贝氏体相变可用扩散机制较好地解释。

热冲压高强钢B1500HS的淬火-碳分配试验研究

为克服现行热冲压制件塑性较差的缺点,研究将淬火-碳分配(Quenching-Partitioning)工艺与热冲压工艺结合的可行性。通过热冲压高强钢B1500HS的全马氏体转变、Q&P一步法和Q&P两步法的热模拟试验、拉伸试验、显微组织观察等方法,研究了不同Q&P热处理工艺参数对材料性能的影响。结果表明,在合适的工艺参数下,Q&P一步法能获得恰当的马氏体和残留奥氏体组织,在基本保证热冲压制件超高强度的同时有效提高其伸长率,从而提升制件的综合力学性能。试验结果显示,与代表现行热冲压工艺的全马氏体转变相比,Q&P一步法提高强塑积约24%。

汽车用油淬火-回火弹簧钢丝的发展现状

介绍了汽车用油淬火-回火弹簧钢丝最新的研究进展和发展动态,主要探讨了化学成分、冶金质量、截面形状、表面质量以及热处理工艺对油淬火-回火弹簧钢丝组织及性能的影响。

淬火-配分-回火工艺处理低碳低合金钢的氢脆敏感性

对低碳低合金钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理,研究了Q-P-T处理后试验钢的显微组织、力学性能以及氢脆敏感性,并与传统淬火回火(Q-T)工艺处理后的进行了比较。结果表明:相对于传统Q-T工艺,Q-P-T工艺处理后的试验钢获得了较多的残余奥氏体,塑性和韧性分别提高了3.5%和27%,氢脆敏感性降低;残余奥氏体对降低氢脆敏感性具有积极作用。

淬火回火对ZG310-510铸钢组织和力学性能的影响

研究了淬火温度和回火温度对ZG310-510铸钢组织和力学性能的影响。结果表明,随着淬火温度的提高,ZG310-510钢的强度、硬度和冲击韧度提高,淬火温度为1000℃达到峰值。1000℃淬火、200或600℃回火,铸钢具有良好的强韧性,200℃回火的组织为回火马氏体组织和少量残余奥氏体,600℃回火的组织主要为索氏体组织。400℃回火出现回火脆性,材料的冲击韧度最低。提出了提高ZG310-510铸钢的强韧性的热处理工艺:1000℃淬火+200/600℃回火。

淬火-配分-回火(QPT)钢的研究进展

针对先进高强钢研究中提出的淬火-配分-回火(QPT)工艺,从热处理、组织演变和碳配分过程综合介绍了高强QPT钢的研究进展,并从力学性能优化出发总结其基于微观组织调控的强韧化机制。基于上述强韧化机制,提出了高强QPT钢的优选的理想组织为几百纳米级的条状马氏体与薄膜状残余奥氏体,并以此为基体弥散析出细小的纳米级碳化物。研究人员在对低碳、中碳及高碳微合金钢进行QPT制备研究的基础上,也对新型QPT工艺及高强QPT钢的氢脆问题进行了探索,旨在使先进高强钢获得优异的强度、塑性、韧性和抗氢脆综合性能。对此最新进展进行了总结,并探讨了QPT钢基础研究和应用研究的重点方向。

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。

淬火-配分-回火钢干滑动摩擦磨损性能的研究

对不同温度淬火的含碳化钒颗粒的淬火-配分-回火(quenching-partitioning-tempering,Q-P-T)钢以不同的试验力和试验时间进行了干滑动摩擦磨损试验,并借助扫描电镜、X射线衍射仪和能谱分析研究了摩擦磨损试验前、后试样的表面形貌和磨屑的成分,并与不含碳化物的淬火-配分(quenching and partitioning,Q&P)钢作了对比,目的是揭示其干滑动摩擦磨损性能。结果表明:热处理后Q-P-T试样的显微组织由马氏体、残留奥氏体和碳化钒颗粒组成;摩擦磨损试验前QPT试样的残留奥氏体含量(体积分数)为9%~15%,摩擦磨损试验后残留奥氏体含量大多低于3%,说明在摩擦磨损试验过程中残留奥氏体发生了马氏体相变;相同磨损试验条件下,QPT试样的耐磨性明显低于Q&P试样,其磨损机制主要是黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。

淬火-回火对ZTA陶瓷增强高铬铸铁基复合材料耐磨性的影响

氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷(ZTA)/高铬铸铁(HCCI)构型耐磨复合材料具有极高的耐磨性,但由于铸造态复合材料难以加工且易断裂失效,需要对其进行热处理。对ZTA/HCCI构型复合材料进行热处理,分析淬火前后复合材料的微观组织,并通过三体摩擦磨损测试研究热处理对耐磨性的影响。结果表明:热处理后HCCI基体微观组织为马氏体或回火马氏体,保证了ZTA/HCCI构型复合材料基体本身具有较高的耐磨性;与热处理后的HCCI相比,淬火和回火的ZTA/HCCI复合材料的质量损失率分别降低了53%和55%,表明材料的整体耐磨性得到了提高。在热处理后的ZTA/HCCI构型复合材料中,ZTA陶瓷在HCCI马氏体基体上钉扎,起到了“阴影效应”,增强了材料的整体耐磨性。

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。

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。

淬火-碳分配处理中碳化物析出行为研究

对0.23C-1.79Al-1.50Mn实验钢进行了不同碳分配时间的淬火-碳分配(Q-P)处理,通过SEM、TEM分析,结合JMatPro 6.0软件热力学计算,对实验钢的碳化物析出进行了研究。结果表明:实验钢室温组织中的碳化物来源于熔炼凝固、锻轧及轧后缓冷,以及Q-P处理奥氏体化、初始淬火、碳分配回火等工艺阶段,其中高温析出碳化物尺寸粗大,形貌不规则,轧后冷却及碳分配回火析出的碳化物以颗粒状弥散分布,结构类型主要为MC、M7C3或M23C6型,ε过渡型碳化物则因初始马氏体自回火而析出,并随合金碳化物的持续析出与长大而被促进溶解;碳分配回火处理时,细小碳化物短时等温即可弥散析出,并具有良好的持续析出行为,析出与长大同时进行;实验钢中,Nb、Ti主要发生高温析出,其碳分配回火析出能力较弱,Cr和Mo是碳分配回火析出主要元素。

配分温度对Q-P-T钢组织与性能的影响

采用SEM、TEM、EBSD、XRD等手段,研究了Q-P-T工艺配分温度(320、380和450℃)对28Mn2SiCrNiMo钢组织及性能的影响规律。结果表明:试验钢在320℃配分后,获得针状下贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;380℃配分后,获得板条状上贝氏体+马氏体+残留奥氏体组织;450℃配分后,组织为马氏体+残留奥氏体,无贝氏体生成。当配分温度为320℃时,强度、塑性和韧性的配合达到最佳,强度为1524MPa,总伸长率为18.7%,V型缺口冲击功为58J。配分过程中贝氏体的形成,分割原奥氏体晶粒,细化组织,阻碍了裂纹的扩展,使得试验钢的冲击韧性大幅提升。