马氏体前组织的低合金高强度钢经临界区热处理后的组织和性能研究

本文研究了淬火前组织的30CrMnSiNi2A钢在临界区温度范围内热处理时的相变过程、组织形态及其对性能的影响。前组织为板条状马氏体的钢,在临界区温度范围内以一定的速度再加热时,当温度靠近于Ac_1的低温侧时,在原奥氏体晶界处首先形核、成长形成《球串状》的奥氏体,在原奥氏体的晶粒内,奥氏体沿着马氏体板条的周界上形核并发展为针状奥氏体和针状铁素体相间排列的〈纤维状〉二相混合组织。随着临界区加热温度的提高或保温时间的延长、针状奥氏体聚集、长大最后兼并成球状。因此,针状奥氏体只是临界区加热过程中的一种过渡性形态,在一定阶段时才出现。经临界区热处理的钢,晶粒显著细化,可达ASTM12级左右。经临界区热处理并低温回火的钢,在等强度下,室温和低温(-120℃)的冲击韧性比调质态的提高约40%,并能延缓钢的疲劳裂纹扩展的速率。适量针状铁素体的存在和晶粒的超细化是临界区热处理改善高强度钢韧性的依据。     

形变对板条马氏体回火组织的影响

对Q235级低碳钢板条马氏体在550 ℃多道次单向压缩变形后退火和室温大塑性变形轧制后在此温度退火的显微组织演变规律进行了对比研究,结合未变形板条马氏体在此温度的回火组织演变,讨论了变形对马氏体分解过程、铁素体再结晶晶粒尺寸和析出碳化物形貌的影响. 实验结果表明,变形显著影响马氏体分解过程,促进渗碳体的析出和铁素体回复及再结晶. 热变形组织铁素体再结晶晶粒尺寸在0.5 μm左右;渗碳体形貌从细棒状向球状转变,随变形量增大渗碳体尺寸增大,继续保温60 min导致铁素体晶粒长大到1 μm左右,晶粒内部的渗碳体消失,原先在铁素体晶界析出的渗碳体球化、粗化. 冷轧试样在550 ℃退火保温时间在30 min内得到0.3～0.4 μm超细晶粒和尺度小于150 nm的弥散渗碳体颗粒组织;随退火保温时间延长到60 min,铁素体再结晶晶粒长大到1.9 μm,渗碳体颗粒尺寸约160 nm.     

回火温度对1500MPa级直接淬火钢组织与性能的影响

设计了一种新型1500MPa级Si-Mn-Cr-Ni-Mo多组元系低合金、超高强度工程结构钢,研究了回火温度对直接淬火钢组织与力学性能的影响.结果表明,抗拉强度随回火温度的升高而不断降低,屈服强度随回火温度升高先升高后下降,延伸率和冲击功均随回火温度升高呈现先升高、后降低、再升高的变化趋势.分析认为,回火过程组织演变的物理机制一方面包括板条马氏体和位错亚结构的回复、再结晶软化过程,另一方面包括残余奥氏体的分解与马氏体中过饱和碳的脱溶及析出第2相的强化机制综合作用.250℃回火后,板条马氏体内析出ε碳化物;400℃回火后ε碳化物明显粗化,产生回火脆性;600℃回火后部分析出相在奥氏体中形核,在马氏体基体内长大和粗化,最终形态为近似球形,另一部分析出相在马氏体内形核、生长,呈现椭球形或矩形.     

中锰钢两相区退火奥氏体逆转变的数值分析

根据中锰钢热轧组织结构确立两相区奥氏体化的几何模型和初始条件,利用DICTRA动力学分析软件对中锰钢马氏体基体奥氏体化过程进行计算分析。在奥氏体化初期的形核过程中,马氏体中过饱和的碳锰元素从铁素体迅速转移到奥氏体并在相界面奥氏体一侧聚集。后续的相变过程中,碳在奥氏体中快速均化,但锰在相界面奥氏体一侧的聚集加剧。相变初期奥氏体界面推移速度比中后期高出若干个数量级,但随时间推移迅速衰减。相变初期相界面推移是碳扩散主导,相变后期界面推移受到锰在奥氏体中扩散速度制约。温度升高可显著提高相界面推移速度。达到相同数量奥氏体的情况下,低温长时退火有利于锰从铁素体向奥氏体转移并提高其在奥氏体中的富集度,从而提高奥氏体的稳定性。     

18 CrNiWA钢中温转变组织

应用光学显微镜及电子显微镜对18 CrNiWA钢经不同温度奥氏体化及等温处理所得的组织进行了研究,发现该钢在整个中温转变温度范围内可同时存在块状铁素体及板条状铁素体(即贝氏体铁素体),这是两种不同类型的铁素体组织。提高等温温度或降低奥氏体化温度有利于块状铁素体形成;反之有利于贝氏体铁素体转变;并得出这种中温块状铁素体具有以下的相变特征:(1)无浮凸效应。(2)三维形态呈等抽状或不规则的外形,它是由高密度位错的块状亚结构所组成。(3)可同时在晶内和晶界形核。(4)能跨越原晶界或孪晶界而生长,并仍保留原奥氏体晶界的痕迹,但不继承孪晶组织。(5)形成温度较高时,得到无碳化物析出的块状铁素体包围着的岛状组织,后者含碳量远高于原始的平均成份;形成温度较低时,在块状铁素体中可析出单向或多向分布的碳化物。上述(1)～(4)四种相变特征与块状转变相类似。我们初步认为这种中温块状铁素体的形成是铁原子短程扩散的γ→α转变与碳原子长程扩散的综合结果。     

Q235碳素钢超细铁素体在奥氏体内的形核

利用扫描电镜观察了Q235碳素钢形变强化相变过程中超细铁素体在奥氏体内部的形核;使用背散射电子衍射(EBSD)技术分析了析出的铁素体取向.结果表明,随内、外界条件不同,奥氏体内有两类典型的铁素体形核地点:形变带及奥氏体晶界附近的形变不均匀区.原始奥氏体晶粒尺寸的增加,形变温度的降低有利于铁素体的形变带形核.在的超细铁素体最佳形成温度区间,靠近形变可使铁素体及第2组织均匀分布.形变带形核造成带状分布的铁素体及第2相,不仅形貌上出现方向性,铁素体取向也出现择优.     

粗大奥氏体晶粒中应变诱导铁素体形成特点

观察粗大奥氏体经不同应变后的淬火组织,分析应变诱导铁素体的形成特点．结果表 明：奥氏体晶粒尺寸影响应变诱导铁素作的形成方式;在形变初期粗大奥氏体（～２５０－μｍ）应变诱 导铁素体主要在晶界、退火孪晶界形核,随应变增加,可通过形变带形核：而尺寸较小的奥氏体 （～７ μｍ）,铁素体形核主要在晶界;随奥氏体晶粒尺寸增大,形变带上形核比例明显提高,而在 晶界形核的比例减小．     

含钒超细晶双相钢的细化机制

利用铁素体+马氏体+贝氏体的初始显微组织结合冷轧和连续退火的方法达到了细化晶粒的目的,通过这种方式制备的双相钢中有63.8%的铁素体晶粒尺寸分布于0.5～1μm,有53%的马氏体晶粒尺寸分布于0.5～1μm.针对该现象研究了基于铁素体+马氏体+贝氏体初始显微组织含钒超细晶双相钢的晶粒细化机制.分析认为,细化机制主要有三个方面:第一是形变对显微组织的细化,包括为了得到铁素体+马氏体+贝氏体的初始显微组织而进行的热轧和冷轧;第二是冷轧态显微组织的再结晶和快速奥氏体化;第三是钒的析出物阻碍奥氏体的长大.     

预处理组织对低碳钢IQ&P工艺下组织及性能影响

采用γ单相区和γ+α双相区轧制并淬火工艺以及双相区再加热-淬火-碳配分( IQ&P)工艺,研究预处理组织对低碳钢室温状态多相组织特征及力学性能的影响规律. 实验用低碳钢经两种工艺轧制并淬火处理,获得马氏体和马氏体+铁素体的预处理组织,再经双相区IQ&P工艺处理后均获得多相组织. 马氏体预处理钢的室温组织由板条状亚温铁素体、块状回火马氏体以及一定比例的针状未回火马氏体和8. 2%的针状残余奥氏体组成;马氏体+铁素体预处理钢由板条状亚温铁素体、块状和针状未回火马氏体以及14. 3%的短针状或块状残余奥氏体组成. 在相同的双相区IQ&P工艺参数下,预处理组织为马氏体的钢抗拉强度为770 MPa,伸长率为28%,其强塑积为21560 MPa·%;而预处理组织为马氏体+铁素体的钢抗拉强度为834 MPa,伸长率增大到36. 2%,强塑积达到30190 MPa·%,获得强度与塑性的优良结合.     

亚温淬火对22SiMnCrNi2MoA钢组织和性能的影响

探讨了亚温淬火+回火热处理对22SiMnCrNi2MoA钢的组织形貌、组成相和力学性能的影响.结果表明:亚温淬火后组织为回火马氏体和少量铁素体;随着亚温淬火温度的升高,块状铁素体的量逐渐减少,使材料的强度和低温韧性逐渐增加, 840℃亚温淬火时材料具有较好的强韧性.     

一种Mn-Al系TRIP钢的临界区奥氏体稳定化研究

利用实验室MMS-200热模拟试验机对Fe-0.2C-7Mn-3Al钢的临界区奥氏体稳定化行为进行研究.通过SEM,EPMA,TEM和XRD等手段观察并分析了实验钢的微观组织演变以及C和Mn元素的配分过程.实验结果表明,不同的临界区退火温度下,实验钢中均存在25%~30%左右的粗大压扁状δ铁素体.随着退火温度的升高,微观组织中残余奥氏体的含量先增加后减小,体积分数为10.2%~32.5%,残余奥氏体与临界区铁素体呈板条状相间分布,板条宽度约200~300 nm.最佳的临界区退火温度为750℃.C,Mn,Al元素的协同作用促进了临界区奥氏体的稳定化,使得实验钢能够在较短的时间内完成有效的配分.     

Effect of initial microstructure on austenite formation kinetics in high-strength experimental microalloyed steels

Austenite formation kinetics in two high-strength experimental microalloyed steels with different initial microstructures compris-ing bainite–martensite and ferrite–martensite/austenite microconstituents was studied during continuous heating by dilatometric analysis. Austenite formation occurred in two steps:(1) carbide dissolution and precipitation and (2) transformation of residual ferrite to austenite. Di-latometric analysis was used to determine the critical temperatures of austenite formation and continuous heating transformation diagrams for heating rates ranging from 0.03°C×s?1 to 0.67°C×s?1. The austenite volume fraction was fitted using the Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov equation to determine the kinetic parameters k and n as functions of the heating rate. Both n and k parameters increased with increasing heat-ing rate, which suggests an increase in the nucleation and growth rates of austenite. The activation energy of austenite formation was deter-mined by the Kissinger method. Two activation energies were associated with each of the two austenite formation steps. In the first step, the austenite growth rate was controlled by carbon diffusion from carbide dissolution and precipitation;in the second step, it was controlled by the dissolution of residual ferrite to austenite.     

Microstructural evolution during ultra-rapid annealing of severely deformed low-carbon steel: strain,temperature, and heating rate effects

An interaction between ferrite recrystallization and austenite transformation in low-carbon steel occurs when recrystallization is delayed until the intercritical temperature range by employing high heating rate. The kinetics of recrystallization and transformation is affected by high heating rate and such an interaction. In this study, different levels of strain are applied to low-carbon steel using a severe plastic deformation method. Then, ultra-rapid annealing is performed at different heating rates of 200–1100℃/s and peak temperatures of near critical temperature. Five regimes are proposed to investigate the effects of heating rate, strain, and temperature on the interaction between recrystallization and transformation. The microstructural evolution of severely deformed low-carbon steel after ultra-rapid annealing is investigated based on the proposed regimes. Regarding the intensity and start temperature of the interaction, different microstructures consisting of ferrite and pearlite/martensite are formed. It is found that when the interaction is strong, the microstructure is refined because of the high kinetics of transformation and recrystallization. Moreover, strain shifts an interaction zone to a relatively higher heating rate. Therefore, severely deformed steel should be heated at relatively higher heating rates for it to undergo a strong interaction.     

无硅TRIP钢力学性能的研究

无硅TRIP钢采用临界区加热等温淬火热处理,获得铁素体,贝氏体及大量稳定残余奥氏体的三相组织·通过对其显微组织观察,断口形貌分析,与高硅TRIP钢力学性能的相互比较,探讨了无硅TRIP钢相变诱发塑性的行为·结果表明:无硅TRIP钢在拉伸变形过程中,应变诱导相变,相变诱发塑性;其拉伸断口形貌呈韧性断口特征;经790℃加热在400℃等温5min时,抗拉强度达到754MPa,延伸率达到36%,综合性能(强塑积)达到27144MPa%的最高值·     

低碳Si-Mn系DQ&P钢组织演变模拟研究

以低碳Si-Mn钢为研究对象,采用直接淬火-配分工艺,研究了不同变形温度和配分时间对组织演变行为的影响.结果表明,QP钢典型组织由马氏体、铁素体和少量残余奥氏体组成.其中马氏体呈现板条马氏体、孪晶马氏体等特征.随着配分时间的延长,显微组织呈现回火转变趋势.当变形温度为950℃和880℃时,残余奥氏体体积分数先增加后减少,均在配分150 s时达到最大值,分别为9.1%,10.1%.当变形温度在820℃时,由于先共析铁素体的存在易于获得较多的残余奥氏体,体积分数高达11.9%,并且残余奥氏体中平均碳含量相对较低.     

低碳中锰热轧TRIP钢退火工艺及组织演变

研究了第三代高强度高塑性TRIP钢的退火工艺对性能的影响和组织演变规律.热轧后形成的原始马氏体与临界退火时形成的残余奥氏体使TRIP钢具有良好的强度和塑性.结果表明:实验用钢可获得1000MPa以上的抗拉强度和30%以上的断后延伸率,且强塑积30 GPa.%;退火温度和保温时间对钢的力学性能具有显著影响,热轧TRIP钢临界退火温度为630℃,保温时间18 h时,实验用钢能获得最佳的综合力学性能.     

Determining role of heterogeneous microstructure in lowering yield ratio and enhancing impact toughness in high-strength low-alloy steel

Here we present a novel approach of intercritical heat treatment for microstructure tailoring, in which intercritical annealing is introduced between conventional quenching and tempering. This induced a heterogeneous microstructure consisting of soft intercritical ferrite and hard tempered martensite, resulting in a low yield ratio(YR) and high impact toughness in a high-strength low-alloy steel. The initial yielding and subsequent work hardening behavior of the steel during tensile deformation were modified by the presence of soft intercritical ferrite after intercritical annealing, in comparison to the steel with full martensitic microstructure. The increase in YR was related to the reduction in hardness difference between the soft and hard phases due to the precipitation of nano-carbides and the recovery of dislocations during tempering.The excellent low-temperature toughness was ascribed not only to the decrease in probability of microcrack initiation for the reduction of hardness difference between two phases, but also to the increase in resistance of microcrack propagation caused by the high density of high angle grain boundaries.