中碳纳米复相钢中的残余奥氏体调控及其性能研究
发布时间：2020-12-19 17:07
残余奥氏体作为先进高强度钢中的一种亚稳相,其形态,尺寸大小,分布等都会对材料的性能产生重要影响。为了实现对纳米复相钢中残余奥氏体的调控,从而获得理想的性能,本文从合金元素添加以及热处理工艺设计和优化等方面着手,利用光学显微镜,扫描电镜,电子背散射衍射,电子探针显微分析,透射电镜,X-射线衍射仪等探究了合金元素Si,合金元素Al部分取代Si,临界热处理以及几种新型的多步热处理工艺对中碳纳米结构复相钢组织中残余奥氏体的调控规律;同时利用显微硬度仪,万能试验机,摆锤式冲击试验机,冲击磨料磨损机等研究了其力学性能和耐磨损性能,主要的研究内容如下所述:为了探究Si含量对复相钢组织中残余奥氏体的调控规律及性能的影响,对Si含量分别为0.30 wt%和1.5 wt%的中碳钢,在250℃的低温贝氏体相变温度下等温转变6-24 h。结果表明Si元素可以抑制渗碳体的析出,与0.3Si试样相比,1.5Si试样中残余奥氏体的体积分数和碳含量以及硬度较高,冲击性能较好。为了探究Al部分取代Si对纳米复相钢组织中残余奥氏体的调控规律,在保持Si+Al总量（wt%）不变条件下,对1.54Si和1.26Al进行Q&a...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)低温贝氏体钢的透射电镜照片[26];(b)贝氏体含量/含碳量与温度的关系[27-28]
淬火-碳分配(Q&P)工艺是美国矿业大学的Speer教授等[34-38]在对中/低C高Si钢的研究中提出的热处理方案,这种工艺不同于传统的淬火-回火(Q-T)工艺,即试样经奥氏体化处理后,淬火至马氏体开始转变温度(Ms)与马氏体结束转变温度(Mf)之间的某个温度,随后在淬火温度或者淬火温度以上的温度等温,完成碳的重新分配,使碳由富碳的马氏体向奥氏体中扩散,从而提高残余奥氏体的稳定性。在Q&P钢的合金成分设计时[39-42],考虑到碳化物形成元素Nb,V,Ti等的添加会和碳结合,消耗碳,不利于碳向奥氏体中的扩散,从而影响残余奥氏体的稳定性,因此Q&P钢中一般不含有碳化物形成元素。Q&P钢也是一种马氏体钢,在奥氏体化过程中,当为完全奥氏体化加热时,室温下的组织主要为马氏体和残余奧氏体,其中马氏体呈板条状,残余奥氏体呈薄膜状或者条块状分布在马氏体板条之间;当在奥氏体-铁素体两相区加热时,室温下的组织除了马氏体,残余奥氏体之外,还存在部分铁素体。Q&P钢由于其独特的工艺路线,在室温下还能保留下来大量的残余奥氏体,从而得到了强度和塑韧性的更好结合[43-45]。Sun[46]等对一种化学成分(wt%)为Fe-0.30C-1.9Mn-1.5Si的试验钢进行研究后发现,经传统的Q-T工艺处理后,试样的抗拉强度为1171 MPa,延伸率为18.7%,而经Q&P工艺处理后,试样的抗拉强度稍低为1072 MPa,延伸率较高为23.7%,同时跟Q-T试样(21898 MPa%)相比,Q&P试样的强塑积更高(25460 MPa%),即Q&P工艺处理后试样的综合性能更好。Chen[47]等对一种含铜的化学成分(wt%)为Fe-0.12C-1.34Si-1.33Mn-0.55Cu-0.35Ni的钢进行完全奥氏体化的Q&P工艺处理后,试样的强塑积达19522 MPa%,而试样进行奥氏体-铁素体两相区的Q&P处理后,试样的强塑积高达24827 MPa%。Kim[48]对一种化学成分(wt%)为Fe-0.3%C-1.5%Mn-1.5%Si的试验钢添加不同含量的Ni,来探究Ni元素对Q&P钢组织和力学性能的影响,发现适量镍的添加不但能够细化组织,增加组织中残余奥氏体的体积分数,同时还能提高抗拉强度和延伸率。Q&P钢的热处理工艺示意图[49-50]和典型的显微组织[51]如图1.2所示。与Q&P工艺抑制碳化物的析出不同,徐祖耀院士[52-53]以Q&P工艺为基础,在材料的合金设计时加入了碳化物形成元素,提出了淬火-碳分配-回火工艺(Quenching-Partitioning-Temperature,Q-P-T),即在含一定Si量的合金钢中添加少量的微合金化元素,在热处理的过程中,为了充分利用碳化物的析出强化作用,经碳分配处理后,还在一定的温度停留一段时间进行回火保温,从而来更进一步的提高材料的强度和硬度。试样经Q-P-T工艺处理后的显微组织主要为马氏体板条,薄膜状或条块状残留奥氏体以及细小的合金碳化物。图1.3和图1.4分别为三种不同Q-P-T热处理工艺的示意图和典型的Q-P-T试样显微组织透射电镜的明场像和暗场像[54]。
与Q&P工艺抑制碳化物的析出不同,徐祖耀院士[52-53]以Q&P工艺为基础,在材料的合金设计时加入了碳化物形成元素,提出了淬火-碳分配-回火工艺(Quenching-Partitioning-Temperature,Q-P-T),即在含一定Si量的合金钢中添加少量的微合金化元素,在热处理的过程中,为了充分利用碳化物的析出强化作用,经碳分配处理后,还在一定的温度停留一段时间进行回火保温,从而来更进一步的提高材料的强度和硬度。试样经Q-P-T工艺处理后的显微组织主要为马氏体板条,薄膜状或条块状残留奥氏体以及细小的合金碳化物。图1.3和图1.4分别为三种不同Q-P-T热处理工艺的示意图和典型的Q-P-T试样显微组织透射电镜的明场像和暗场像[54]。图1.4典型Q-P-T钢显微组织的明场像和暗场像[54]
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温贝氏体转变对中碳钢韧性的影响[J]. 万响亮,胡锋,成林,黄刚,张国宏,吴开明. 钢铁研究学报. 2019(10)
[2]纳米贝氏体/马氏体钢的热稳定性[J]. 冯凡凡,武会宾,于新攀. 材料研究学报. 2019(08)
[3]等温时间对低硅含铝热轧TRIP钢组织性能的影响[J]. 王晓晖,康健,李振垒,李云杰,袁国,王国栋. 钢铁. 2019(05)
[4]合金元素在淬火配分钢中的应用研究进展[J]. 田亚强,黎旺,郑小平,魏英立,宋进英,陈连生. 材料导报. 2019(07)
[5]Si含量及配分处理对Q&P钢残留奥氏体量及性能的影响[J]. 袁大勇,尹垒,马善坤. 金属热处理. 2019(03)
[6]残留奥氏体对微纳贝氏体钢塑韧性的影响[J]. 万响亮,胡锋,成林,黄刚,张国宏,吴开明. 钢铁研究学报. 2019(03)
[7]淬火配分贝氏体钢不同位置残余奥氏体C、Mn元素表征及其稳定性[J]. 田亚强,田耕,郑小平,陈连生,徐勇,张士宏. 金属学报. 2019(03)
[8]等温处理过程热轧TRIP钢残余奥氏体的分解行为[J]. 王晓晖,康健,袁国,王国栋. 东北大学学报(自然科学版). 2019(01)
[9]等温淬火温度对超细贝氏体钢组织及耐磨性的影响[J]. 张超,郭辉,王家星,张冰,赵爱民. 工程科学学报. 2018(12)
[10]高强度超细晶金属材料塑性行为及增塑研究进展[J]. 王永强,朱国辉,陈其伟,丁汉林,万德成. 材料导报. 2018(19)
博士论文
[1]中碳微纳结构贝氏体钢的组织调控与动态力学性能研究[D]. 周雯.武汉科技大学 2019
[2]超细贝氏体钢低温相变加速技术及其塑性变形规律[D]. 郭辉.北京科技大学 2018
[3]高强韧多相钢工艺、组织、性能及相互关系的物理模拟[D]. 付波.北京科技大学 2015
[4]纳米贝氏体钢焊接接头再纳米化强化方法与加速机制[D]. 方坤.哈尔滨工业大学 2014
[5]纳米结构双相钢中残留奥氏体微结构调控及其对力学性能的影响[D]. 胡锋.武汉科技大学 2014
[6]Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的力学性能和阻尼性能研究[D]. 刘先兰.中南大学 2012
[7]先进高强塑性Q-P-T钢增塑机制及其动态力学性能[D]. 王颖.上海交通大学 2013
[8]高强度Q&P钢和Q-P-T钢的研究[D]. 钟宁.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]等温淬火和淬火—配分低碳硅锰钢的显微组织和力学性能[D]. 朱庆春.燕山大学 2016
[2]低温超级贝氏体钢的相变[D]. 胡锋.武汉科技大学 2011
本文编号：2926265
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)低温贝氏体钢的透射电镜照片[26];(b)贝氏体含量/含碳量与温度的关系[27-28]
淬火-碳分配(Q&P)工艺是美国矿业大学的Speer教授等[34-38]在对中/低C高Si钢的研究中提出的热处理方案,这种工艺不同于传统的淬火-回火(Q-T)工艺,即试样经奥氏体化处理后,淬火至马氏体开始转变温度(Ms)与马氏体结束转变温度(Mf)之间的某个温度,随后在淬火温度或者淬火温度以上的温度等温,完成碳的重新分配,使碳由富碳的马氏体向奥氏体中扩散,从而提高残余奥氏体的稳定性。在Q&P钢的合金成分设计时[39-42],考虑到碳化物形成元素Nb,V,Ti等的添加会和碳结合,消耗碳,不利于碳向奥氏体中的扩散,从而影响残余奥氏体的稳定性,因此Q&P钢中一般不含有碳化物形成元素。Q&P钢也是一种马氏体钢,在奥氏体化过程中,当为完全奥氏体化加热时,室温下的组织主要为马氏体和残余奧氏体,其中马氏体呈板条状,残余奥氏体呈薄膜状或者条块状分布在马氏体板条之间;当在奥氏体-铁素体两相区加热时,室温下的组织除了马氏体,残余奥氏体之外,还存在部分铁素体。Q&P钢由于其独特的工艺路线,在室温下还能保留下来大量的残余奥氏体,从而得到了强度和塑韧性的更好结合[43-45]。Sun[46]等对一种化学成分(wt%)为Fe-0.30C-1.9Mn-1.5Si的试验钢进行研究后发现,经传统的Q-T工艺处理后,试样的抗拉强度为1171 MPa,延伸率为18.7%,而经Q&P工艺处理后,试样的抗拉强度稍低为1072 MPa,延伸率较高为23.7%,同时跟Q-T试样(21898 MPa%)相比,Q&P试样的强塑积更高(25460 MPa%),即Q&P工艺处理后试样的综合性能更好。Chen[47]等对一种含铜的化学成分(wt%)为Fe-0.12C-1.34Si-1.33Mn-0.55Cu-0.35Ni的钢进行完全奥氏体化的Q&P工艺处理后,试样的强塑积达19522 MPa%,而试样进行奥氏体-铁素体两相区的Q&P处理后,试样的强塑积高达24827 MPa%。Kim[48]对一种化学成分(wt%)为Fe-0.3%C-1.5%Mn-1.5%Si的试验钢添加不同含量的Ni,来探究Ni元素对Q&P钢组织和力学性能的影响,发现适量镍的添加不但能够细化组织,增加组织中残余奥氏体的体积分数,同时还能提高抗拉强度和延伸率。Q&P钢的热处理工艺示意图[49-50]和典型的显微组织[51]如图1.2所示。与Q&P工艺抑制碳化物的析出不同,徐祖耀院士[52-53]以Q&P工艺为基础,在材料的合金设计时加入了碳化物形成元素,提出了淬火-碳分配-回火工艺(Quenching-Partitioning-Temperature,Q-P-T),即在含一定Si量的合金钢中添加少量的微合金化元素,在热处理的过程中,为了充分利用碳化物的析出强化作用,经碳分配处理后,还在一定的温度停留一段时间进行回火保温,从而来更进一步的提高材料的强度和硬度。试样经Q-P-T工艺处理后的显微组织主要为马氏体板条,薄膜状或条块状残留奥氏体以及细小的合金碳化物。图1.3和图1.4分别为三种不同Q-P-T热处理工艺的示意图和典型的Q-P-T试样显微组织透射电镜的明场像和暗场像[54]。
与Q&P工艺抑制碳化物的析出不同,徐祖耀院士[52-53]以Q&P工艺为基础,在材料的合金设计时加入了碳化物形成元素,提出了淬火-碳分配-回火工艺(Quenching-Partitioning-Temperature,Q-P-T),即在含一定Si量的合金钢中添加少量的微合金化元素,在热处理的过程中,为了充分利用碳化物的析出强化作用,经碳分配处理后,还在一定的温度停留一段时间进行回火保温,从而来更进一步的提高材料的强度和硬度。试样经Q-P-T工艺处理后的显微组织主要为马氏体板条,薄膜状或条块状残留奥氏体以及细小的合金碳化物。图1.3和图1.4分别为三种不同Q-P-T热处理工艺的示意图和典型的Q-P-T试样显微组织透射电镜的明场像和暗场像[54]。图1.4典型Q-P-T钢显微组织的明场像和暗场像[54]
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温贝氏体转变对中碳钢韧性的影响[J]. 万响亮,胡锋,成林,黄刚,张国宏,吴开明. 钢铁研究学报. 2019(10)
[2]纳米贝氏体/马氏体钢的热稳定性[J]. 冯凡凡,武会宾,于新攀. 材料研究学报. 2019(08)
[3]等温时间对低硅含铝热轧TRIP钢组织性能的影响[J]. 王晓晖,康健,李振垒,李云杰,袁国,王国栋. 钢铁. 2019(05)
[4]合金元素在淬火配分钢中的应用研究进展[J]. 田亚强,黎旺,郑小平,魏英立,宋进英,陈连生. 材料导报. 2019(07)
[5]Si含量及配分处理对Q&P钢残留奥氏体量及性能的影响[J]. 袁大勇,尹垒,马善坤. 金属热处理. 2019(03)
[6]残留奥氏体对微纳贝氏体钢塑韧性的影响[J]. 万响亮,胡锋,成林,黄刚,张国宏,吴开明. 钢铁研究学报. 2019(03)
[7]淬火配分贝氏体钢不同位置残余奥氏体C、Mn元素表征及其稳定性[J]. 田亚强,田耕,郑小平,陈连生,徐勇,张士宏. 金属学报. 2019(03)
[8]等温处理过程热轧TRIP钢残余奥氏体的分解行为[J]. 王晓晖,康健,袁国,王国栋. 东北大学学报(自然科学版). 2019(01)
[9]等温淬火温度对超细贝氏体钢组织及耐磨性的影响[J]. 张超,郭辉,王家星,张冰,赵爱民. 工程科学学报. 2018(12)
[10]高强度超细晶金属材料塑性行为及增塑研究进展[J]. 王永强,朱国辉,陈其伟,丁汉林,万德成. 材料导报. 2018(19)
博士论文
[1]中碳微纳结构贝氏体钢的组织调控与动态力学性能研究[D]. 周雯.武汉科技大学 2019
[2]超细贝氏体钢低温相变加速技术及其塑性变形规律[D]. 郭辉.北京科技大学 2018
[3]高强韧多相钢工艺、组织、性能及相互关系的物理模拟[D]. 付波.北京科技大学 2015
[4]纳米贝氏体钢焊接接头再纳米化强化方法与加速机制[D]. 方坤.哈尔滨工业大学 2014
[5]纳米结构双相钢中残留奥氏体微结构调控及其对力学性能的影响[D]. 胡锋.武汉科技大学 2014
[6]Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的力学性能和阻尼性能研究[D]. 刘先兰.中南大学 2012
[7]先进高强塑性Q-P-T钢增塑机制及其动态力学性能[D]. 王颖.上海交通大学 2013
[8]高强度Q&P钢和Q-P-T钢的研究[D]. 钟宁.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]等温淬火和淬火—配分低碳硅锰钢的显微组织和力学性能[D]. 朱庆春.燕山大学 2016
[2]低温超级贝氏体钢的相变[D]. 胡锋.武汉科技大学 2011
本文编号：2926265
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2926265.html
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