Microstructural evolution and mechanical properties of a low-carbon quenching and partitioning steel after partial and full austenitization

In this work, low-carbon steel specimens were subjected to the quenching and partitioning process after being partially or fully austenitized to investigate their microstructural evolution and mechanical properties. According to the results of scanning electron microscopy and transmission electron microscopy observations, X-ray diffraction analysis, and tensile tests, upper bainite or tempered martensite appears successively in the microstructure with increasing austenitization temperature or increasing partitioning time. In the partially austenitized specimens, the retained austenite grains are carbon-enriched twice during the heat treatment, which can significantly stabilize the phases at room temperature. Furthermore, after partial austenitization, the specimen exhibits excellent elongation, with a maximum elongation of 37.1%. By contrast, after full austenitization, the specimens exhibit good ultimate tensile strength and high yield strength. In the case of a specimen with a yield strength of 969 MPa, the maximum value of the ultimate tensile strength reaches 1222 MPa. During the partitioning process, carbon partitioning and carbon homogenization within austenite affect interface migration. In addition, the volume fraction and grain size of retained austenite observed in the final microstructure will also be affected.     

调质低碳贝氏体钢的组织和性能

研究了C--Mn--Mo--Cu--Nb--Ti--B系低碳微合金钢915℃淬火和490～640℃回火的调质工艺对钢的组织及力学性能的影响.用扫描电镜和透射电镜对实验钢的组织、析出物形态和分布以及断口形貌进行观察,采用X射线衍射仪分析钢中残余奥氏体的体积分数.结果表明:调质后,实验钢获得贝氏体、少量马氏体及残余奥氏体复相组织,贝氏体板条宽度只有250 nm,残余奥氏体的体积分数随着回火温度的升高而降低,经淬火与520℃回火后残余奥氏体的体积分数为2.1%.调质后析出物的数量激增,6～15 nm的析出物占70%以上.实验钢经过915℃淬火与520℃回火后,其屈服强度达到915 MPa,抗拉强度990 MPa,-40℃冲击功为95 J.细小的析出物及窄的板条提高了钢的强度.板条间有残余奥氏体存在,改善了实验钢的韧性.     

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.     

热处理工艺对低温贝氏体钢微观组织及力学性能的影响

利用SEM、EBSD、XRD及力学性能测试等手段,对比研究了一步、两步等温贝氏体转变及贝氏体转变+深冷处理工艺对低温贝氏体钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,相较于一步等温贝氏体转变工艺,两步等温贝氏体及贝氏体转变+深冷处理均可降低钢中块状残余奥氏体含量,细化晶粒;与两步等温贝氏体转变相比,深冷处理可以极大缩短工艺时间,所得材料在获得相近强度的同时,会牺牲部分韧性;两步等温贝氏体处理后,试验钢强塑积达到了19.66GPa·%,U型冲击吸收功可达80J,其综合力学性能最优。     

淬火分配处理对高碳钢组织、力学性能和磨损性能的影响

The present work employed the X-ray diffraction, scanning electron microscopy, electron backscattered diffraction, and electron probe microanalysis techniques to identify the microstructural evolution and mechanical and abrasive behavior of high carbon steel during quenching-partitioning treatment with an aim to enhance the toughness and wear resistance of high carbon steel. Results showed that, with the increase in partitioning temperature from 250 to 400°C, the amount of retained austenite (RA) decreased resulting from the carbide precipitation effect after longer partitioning times. Moreover, the stability of RA generally increased because of the enhanced degree of carbon enrichment in RA. Given the factors affecting the toughness of high carbon steel, the stability of RA associated with size, carbon content, and morphology plays a significant role in determining the toughness of high carbon steel. The analysis of the wear resistance of samples with different mechanical properties shows that hardness is the primary factor affecting the wear resistance of high carbon steel, and the toughness is the secondary one.     

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。     

回火工艺对热轧高强贝氏体钢轨组织和力学性能的影响

本文研究了不同回火工艺条件下热轧态U25CrNi高强贝氏体钢轨的组织与力学性能变化。结果表明,试验钢热轧态和回火组织均由贝氏体、马氏体和残余奥氏体构成。当回火条件为300℃×200min时,试验钢中部分残余奥氏体发生贝氏体相变,钢的各项力学性能变化不大;当回火温度升至400℃时,试验钢中残余奥氏体体积分数较大,碳化物析出量较少,内应力进一步释放,试验钢的延伸率和冲击吸收功达到最大值,同温度下延长回火时间至360min,钢中碳化物颗粒析出增多,延伸率和冲击性能明显降低;当回火温度为500℃时,试验钢中贝氏体铁素体明显粗化,并伴随大量碳化物颗粒析出,残余奥氏体大量分解,出现了回火脆性。综合考虑,U25CrNi热轧高强贝氏体钢轨的最佳回火工艺为400℃×200min。     

低碳多相钢的组织调控与力学性能

采用优化后的临界区再加热—淬火—中温等温(T1、T2)热处理工艺,对具有不同前躯体组织的(0.22/0.17)C-(1.91/1.85)Mn-(1.32/0.94)Si两类热轧6 mm钢板分别进行处理,获得了具有铁素体、贝氏体、马氏体以及弥散分布于原奥氏体晶界、相界等处的残余奥氏体所构成的多相组织.利用扫描电镜、X射线衍射以及电子背散射衍射分析技术等对不同热处理阶段钢的微观组织进行了表征.结果证实,采用不同的前躯体组织设计可以很好地调控临界区再加热逆转变奥氏体的组织形貌、比例以及碳含量,进而通过后续处理来实现对钢中多相组织的调控.前躯体为马氏体的0.22C钢,经T1工艺后获得了以针状铁素体为基体的多相组织,其强塑积超过了30 GPa.％;前躯体为铁素体+马氏体的0.17C钢经T2工艺后获得了以块状铁素体为基体的多相组织,其强塑积超过了27 GPa.％.     

两种贝氏体塑料模具钢的相变与残余奥氏体

将两种塑料模具钢FT600 和FT600mod 奥氏体化后, 以连续冷却或等温方式, 获得贝氏体组织. 随后分别在350, 580, 700 °C下进行回火, 研究了Si, Mn元素微调后贝氏体组织及残余奥氏体转变情况. 对两种贝氏体钢在不同热处理工艺下的宏观硬度、残余奥氏体含量、微观组织进行了表征及分析. 研究结果表明, 在FT600 钢的基础上降Si 增Mn 得到了FT600mod 钢, 其贝氏体转变后的残余奥氏体含量大幅降低; FT600 钢中的残余奥氏体在不同温度下回火, 其转变机制不同; FT600mod钢中的残余奥氏体含量较少, 组织稳定, 更适用于非调质工艺处理.     

一种超高强度钢组织性能的研究

通过力学测试、金相、扫描电镜观察等方法研究了不同淬火温度下一种淬火 低温回火超高强度钢的组织性能,系统的探讨了未溶相与淬火温度的关系。结果表明：钢采用低于950℃的淬火温度,组织中存在大量未溶碳化物,当温度高于1010℃时,未溶碳化物基本溶解,马氏体板条束明显粗化,对钢的力学性能有害,适宜的淬火温度为1010℃。     

焊接电流对镁/镀锌钢 TIG熔--钎焊接头显微组织与力学性能的影响

采用TIG熔-钎焊焊接方法,以镁合金焊丝为填充材料,对镁合金与镀锌钢进行连接实验,并分析热输入量对接头显微组织和力学性能的影响.热输入量过小会阻碍镁/钢界面反应层的形成而使得焊缝难以焊合,热输入量过大又会促进焊缝内部脆性第二相的长大,降低接头力学性能.接头强度随着焊接电流和焊接速度的增大都呈现先上升后下降的趋势,电流为70 A时强度达到最大,该值接近AZ31B母材的88．7%.此时断裂发生于焊缝熔焊区,断面出现大量韧窝和撕裂棱,呈现出塑性断裂特征.     

热处理工艺对40CrNiMoA合金组织及力学性能的影响

为了提高矿用链轮耐磨性,延长其使用寿命,选取电渣离心铸造40CrNiMoA合金链轮件作为母材,研究热处理工艺对40CrNiMoA合金组织和力学性能的影响。采用正交试验法,研究不同热处理工艺对合金显微硬度、摩擦磨损及拉伸强度等力学性能的影响,并将测试结果进行极差分析和综合加权评分计算,得出最优热处理工艺参数,最后进行试验验证。结果表明,正交试验法得到的最优热处理工艺为880℃淬火0.5 h, 600℃高温回火2 h,样品热处理后的组织主要为回火索氏体,维氏硬度为364 HV,抗拉强度为1 166 MPa,磨损率为0.427×10^-4 mm³/(N·m);验证试验结果与正交试验分析结果相近,且热处理后的样品性能可达到使用要求。研究结果可为矿用链轮件热处理工艺提供理论依据,对有效解决链轮耐磨性和使用寿命问题具有参考价值。     

热处理工艺对60CrNiMo钢组织与力学性能的影响

研究采用多步低温等温贝氏体转变工艺处理后60CrNiMo钢组织与力学性能,用金相显微镜、扫描电镜及透射电镜观察60CrNiMo钢相组织,并进行硬度、拉伸和冲击等力学性能测试。结果表明,经淬火+亚温淬火+高温回火处理的60CrNiMo钢可得到细小均匀的二次回火马氏体+铁素体混合组织,其力学性能得到改善;采用三步低温等温贝氏体转变工艺可有效减少材料块状残余奥氏体和细化贝氏体晶粒,从而提高60CrNiMo钢力学性能。     

退火温度对430不锈钢冷轧板组织和力学性能的影响

针对现场生产的430不锈钢冷轧板,通过高温连续退火实验研究了退火温度对材料显微组织、强度、塑性以及各向异性性能的影响.通过实验得到了合理的两段式加热连续退火工艺:选取中间温度为600℃,加热II段的加热速率为2.3℃·s-1,最高加热温度为840℃.随着退火温度的升高,薄板的屈服强度和硬度呈明显的两阶段降低趋势,延伸率呈"S"型趋势增加,平均塑性应变比基本保持不变(1.25左右),而轧制平面各向异性指数有一定的降低.针对430不锈钢冷轧板分别建立了屈服强度与退火软化率和延伸率之间的定量关系.     

C—Si—Mn系热轧双相钢显微组织与力学性能之间的关系

通过对热轧试样的组织性能测试,研究了热轧双相钢显微组织与力学性能之间的关系。研究发现,铁素体和马氏体强度是影响力学性能的主要因素。建立了C-Si-Mn系热轧双相钢力学性能的数学模型,可以作为热轧双相钢基本力学性能参数预测的理论依据。     

Effect of hot-dip galvanizing processes on the microstructure and mechanical properties of 600-MPa hot-dip galvanized dual-phase steel

A C-Mn dual-phase steel was soaked at 800℃ for 90 s and then either rapidly cooled to 450℃ and held for 30 s (process A) or rapidly cooled to 350℃ and then reheated to 450℃ (process B) to simulate the hot-dip galvanizing process. The influence of the hot-dip galvanizing process on the microstructure and mechanical properties of 600-MPa hot-dip galvanized dual-phase steel (DP600) was investigated using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and tensile tests. The results showed that, in the case of process A, the microstructure of DP600 was composed of ferrite, martensite, and a small amount of bainite. The granular bainite was formed in the hot-dip galvanizing stage, and martensite islands were formed in the final cooling stage after hot-dip galvanizing. By contrast, in the case of process B, the microstructure of the DP600 was composed of ferrite, martensite, bainite, and cementite. In addition, compared with the yield strength (YS) of the DP600 annealed by process A, that for the DP600 annealed by process B increased by approximately 50 MPa because of the tempering of the martensite formed during rapid cooling. The work-hardening coefficient (n value) of the DP600 steel annealed by process B clearly decreased because the increase of the YS affected the computation result for the n value. However, the ultimate tensile strength (UTS) and elongation (A₈₀) of the DP600 annealed by process B exhibited less variation compared with those of the DP600 annealed by process A. Therefore, DP600 with excellent comprehensive mechanical properties (YS=362 MPa, UTS=638 MPa, A₈₀=24.3%, n=0.17) was obtained via process A.     

Ni元素对微纳结构低温贝氏体钢组织与力学性能的影响

基于C-Si-Cr-Mn系低温贝氏体钢的组分,设计了不含Ni及Ni添加量为1.47%的两组试验钢,经过两步等温贝氏体转变热处理以后,利用OM、SEM、EBSD及拉伸试验等手段对两组钢的组织转变及力学性能进行分析。结果表明,热处理后两组试验钢的显微组织均由贝氏体铁素体及残余奥氏体组成;在相同的相变温度下,添加Ni元素的低温贝氏体钢需要更长的等温转变时间,但得到的贝氏体铁素体板条更细小,块状残余奥氏体的体积分数较高。相比于未添加Ni的试验钢,含Ni钢的硬度和抗拉强度略有下降,但塑性指标明显提高,综合力学性能有所提升。     

Cr元素对冷轧TRIP钢的组织性能影响研究

以两种合金成分的相变诱导塑性钢为实验对象,先利用热模拟试验机确定其热轧及热处理参数后,经过热轧、冷轧工艺并连续退火,研究其力学性能。金相组织及宏观织构的特征。实验结果表明,Cr元素可以稳定低温奥氏体,降低贝氏体形成温度,使贝氏体的孕育期延长,增加最终组织中的贝氏体及残余奥氏体的体积分数;Cr元素的添加还增强了试验钢的力学性能,添加了Cr元素的2#钢强度和塑性均比没有添加的1#钢要高;两种成分的TRIP钢织构情况相似,主要组分包括：{332}纤维织构,{110}<001>组分和{112}<110>组分,可见Cr元素在提高钢板强度增加延伸率的同时,并没有损害钢板的成形性能。     

TMCP工艺对Si--Mn系贝氏体钢组织与性能的影响

研究了轧后中温缓慢冷却与中温等温两种不同的热机械控制工艺( thermomechanical control process, TMCP)对硅锰系贝氏体钢的组织与性能的影响。通过拉伸试验机测试试验钢的力学性能,利用扫描电子显微镜、电子背散射衍射等分析手段对试验钢进行显微组织结构分析,并利用X射线衍射测定残余奥氏体含量。结果表明：随着轧后连续缓慢冷却开始温度的升高,贝氏体钢的抗拉强度、硬度及拉伸应变硬化指数n值有所提高,伸长率和冲击韧性降低,屈强比先降低后升高。随着轧后等温时间的延长,贝氏体钢的抗拉强度与屈强比先降低后升高,伸长率及冲击韧性先升高后降低。相对于等温制度,连续缓慢冷却可得到更好的综合力学性能,强塑积明显高于前者,伸长率比前者高20%以上。     

退火温度对退火马氏体基TRIP钢显微组织和力学性能的影响

将C-Si-Mn系TRIP钢通过完全淬火和两相区退火相结合的工艺,得到一种以退火马氏体为基体的TRIP钢(简称TAM钢),并对比分析了TAM钢在不同温度退火后的显微组织和力学性能.结果表明,TAM钢经退火后的显微组织特征为精细规整的板条退火马氏体基体、片状残余奥氏体和贝氏体/马氏体组成的混合组织.这种组织降低了基体的硬度以及基体和第二相之间的强度比,减少了基体的位错密度.随着退火温度的提高,退火马氏体基体的板条形态逐渐消失,新生马氏体/贝氏体的团状混合组织逐渐增多.当退火温度为780℃时,综合力学性能优异,抗拉强度为1130 MPa,延伸率可达20%,强塑积为22600 MPa·%.当退火温度较低时,残余奥氏体主要以片状存在于退火马氏体板条间,有利于TRIP效应的发生.