淬火温度对Q_P钢组织和性能的影响_任康康_图文

1、第24卷第4期2012年4月钢铁研究学报J o u r n a l o f I r o n a n d S t e e l R e s e a r c h V o l .24,N o .4A pr i l 2012基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2009A A 03Z 518作者简介:任康康(1985,男,硕士生;E -m a i l :a k a n g2004-2001126.c o m ;收稿日期:2011-06-02淬火温度对Q -P 钢组织和性能的影响任康康,康永林,朱帅(北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083摘要:采用盐浴的方法模拟Q -P 钢的热处理工艺

2、,对钢的组织和性能进行分析和研究。其结果表明,淬火配分组织主要为板条马氏体和残留奥氏体,并随淬火温度升高马氏体含量降低,奥氏体含量升高,从而降低钢的强度,提高塑性,拉伸断口呈现典型的韧窝状形貌,当淬火温度为250时,得到最高的强塑积为26224M P a ·%。关键词:Q -P 钢;强塑积;淬火温度;板条马氏体;残留奥氏体文献标志码:A 文章编号:1001-0963(201204-0053-05E f f e c t o f Q u e n c h i n g T e m p e r a t u r e o n M i c r o s t r u c t u r e a n d M

3、e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f Q-P S t e e l R E N K a n g -k a n g ,K A N G Y o n g-l i n ,Z HU S h u a i (S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r A d v a n c e d M e t a l s a n d M a t e r i a l s ,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ,B e i j

4、 i n g 100083,C h i n a A b s t r a c t :T h e m i c r o s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f Q -P s t e e l w e r e i n v e s t i g a t e d a f t e r s i m u l a t i n g h e a t t r e a t m e n t p r o c e s s i n s a l t b a t h f u r n a c e .T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e m

5、 a i n m i c r o s t r u c t u r e o f Q -P s t e e l i s l a t h m a r t e n s i t e a n d r e t a i n e d f i l m a u s t e n i t e .W i t h t h e i n c r e a s e o f q u e n c h i n g t e m p e r a t u r e ,m a r t e n s i t e v o l u m e r e d u c e s ,a n d a u s t e n i t i c v o l u m e i n -

6、c r e a s e s ,t h e s t r e n g t h o f s t e e l d e c r e a s e s a n d t h e p l a s t i c i n c r e a s e s .T h e m o r p h o l o g y o f f r a c t u r e s u r f a c e o f t h e Q -P s t e e l t e n s i l e s a m p l e a p p e a r s a t y p i c a l t o u g h e n i n g n e s t s h a p e .W h e

7、n t h e q u e n c h i n g t e m p e r a t u r e i s 250,t h e p r o d -u c t o f s t r e n g t h a n d e l o n ga t i o n c o u l d r e a c h t o 26224M P a ·%.K e y w o r d s :Q -P s t e e l ;s t r e n g t h a n d d u c t i l i t y p r o d u c t ;q u e n c h i n g t e m p e r a t u r e ;l a t

8、h m a r t e n s i t e ;r e t a i n e d a u s t e n i t e 降低钢材消耗,减轻钢制品的重量,提高钢材的强度、使用寿命和安全性,是新一代钢铁材料的发展方向1。长期的经验表明,获得以马氏体为基体的组织是实现这一目标的有效手段。2003年,S pe e r 等人2-4在无碳化物贝氏体钢的基础上对马氏体钢提出了Q -P (Q u e n c h i n g a n d P a r t i t i o n i n g ,淬火加碳配分工艺,该工艺通过先淬火至Q T (Q u e n c h i n g T e m pe r a t u r e ,是M

9、s Mf 之间的某一温度温度形成马氏体,再控制碳(从先形成马氏体向未转变奥氏体的配分5-7,最后淬火至室温,得到主要由马氏体和富碳的残余奥氏体组成的多相组织8。Q -P 钢本质上是一种马氏体钢,但是它区别于传统的回火马氏体钢,在与回火马氏体钢同等强度下,Q -P 钢的塑性却有很大提高。这是由于Q -P 钢的组织中存在残余奥氏体,这部分奥氏体在变形过程中转变为马氏体,产生所谓的T R I P 效应,大幅度提高了钢的塑性。笔者利用Q -P 工艺对钢进行热处理,研究了淬火温度口对微观组织和力学性能的影响9。1试验材料和方法1.1试验材料成分设计合理的退火参数、适合的成分设计对Q -P 钢的最终组织形

10、貌以及力学性能具有很大影响。从成分设计方面来说,首先要考虑如何降低M s 温度。M s 取决于碳含量,从工艺方面来说就是要确保室温下获得稳定残留奥氏体,不发生马氏体相变。因此,就要从工艺上解决奥氏体中碳的富集问题。本试验以C-S i-M n系钢为母体,添加微量的N b、T i等金属元素。主要化学成分(质量分数,%为:C0.29、M n1.5、S i1.45、A l0.25、微量的N b、T i。将钢锭锻造成50m m厚的铸坯,加热到1200后,分两阶段轧制到4m m,然后经冷轧到最终厚度为1.5m m。1.2热处理工艺用盐浴法对Q-P钢进行热处理。模拟一步Q-P热处理工艺,如图1所示,首先将试

11、样放入900盐溶液中保温2m i n,然后淬火至不同的配分温度(250、300和350保温5m i n,最后冷却至室温,另外制备在奥氏体化后直接淬火到室温的试样作为对比。 图热处理工艺图(a抗拉强度和伸长率随淬火温度的变化;(b强塑积随淬火温度的变化。 (a 室温;(b 250;(c 300;(d 350。图3不同淬火温度下Q -P 钢的微观组织F i g .3M i c r o s t r u c t u r e o f Q -P s t e e l q u e n c h e d a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s 在之后的配分过程中,

12、碳原子将由马氏体向奥氏体扩散进而使其富碳,随着配分时间的延长,富残留奥氏体能够稳定到室温;当试样快速淬火至300时,奥氏体含量变得较多,这样配分后就不能保证所有的奥氏体都能富含足够的碳、都能稳定到室温;当试样快速淬火至350时,会有更多奥氏体被保留,同样的,这些奥氏体在配分过程中也不能得到足够的碳使其在室温下稳定,所以部分残留的奥氏体在随后的冷却过程中会发生分解,其微观组织如图3所示。采用JE M 2100型电镜进行精细结构观察,其精细结构如图4(a 、(b 所示。可以明显观察到250淬火试样经Q -P 工艺处理后典型的晶界及板条马氏体组织,且板条的亚结构为高密度位错,从而保障了强度。采用扫描

13、电镜观察250淬火拉伸试样断口形貌图(图5,可以观察到拉伸试样纤维区为比较典 型(a 晶界;(b 板条马氏体。图4250淬火试样的晶界及板条马氏体形貌F i g .4M o r p h o l o g y o f c r y s t a l b o u n d a r y a n d l a t h m a r t e n s i t e o f t h e Q -P s t e e l t e n s i l e s a m p l e q u e n c h e d a t 250·55·第4期任康康等:淬火温度对Q -P 钢组织和性能的影响 图5250淬火试样的单相拉

14、伸试样断口韧窝形貌F i g.5M o r p h o l o g yo ff r a c t u r es u r f a c eo ft h eQ-Ps t e e lt e n s i l es a m p l eq u e n c h e da t250的韧窝状形貌,体现出良好的韧性断裂特征。2.3残留奥氏体量对力学性能的影响残余奥氏体的测量图谱及其标定如图6(a所示,为了计算钢中残余奥氏体,选取奥氏体(200、(220、(3113条衍射线和马氏体的(200、(2112条衍射线,按照G B836287计算出残余奥氏体体积分数如图6(b所示。试样奥氏体化后淬火到不同配分温度,最后得到的残

15、余奥氏体体积分数随着配分温度的提高而降低,即在250配分时,得到最多的奥氏体含量。在一步Q-P配分过程中,淬火和配分温度较高,一次淬火后得到较多的初始奥氏体,配分过程中,碳从马图6不同配分温度下的X R D衍射图谱标定(a及残余奥氏体体积分数计算结果(bQ u e n c h i n ga n dP a r t i t i o n i n g(Q&PP r o c e s st oaM e d i u m-C a r-b o n,H i g h-S iM ic r o-A l l o y e dB a rS t e e lJ.M a t e r i a l sS c i e n c e

16、F o r u m,2003,426/432(2:1089.6M a t l o c kDK,C o o m a nDE,S c h r o t hJG,e ta l.C a r b o nP a r t i-t i o n i n gI n t oA u s t e n i t eA f t e rM a r t e n s i t eT r a n s f o r m a t i o nJ.A c t aM a t e r i a l i a,2003,51(9:2611.7纪云航,冯伟骏,王利,等.新一代高强度淬火分配钢的研究和应用J.钢铁研究学报,2008,20(12:1.8王存宇,时

17、捷,曹文全,等.Q&P工艺处理钢的单轴拉伸性能研究J.材料热处理学报,2010,31(6:77.9江海涛,唐荻,米振莉,等.配分工艺对低碳Q&P钢中残余奥氏体的影响J.材料科学与工艺,2011,19(1:99.10董辰,陈雨来,江海涛,等.超高强Q&P钢淬火温度对组织和性能的影响J.热加工工艺,2009,38(12:櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄121. (上接第52页4章为夷.等温球化处理过程中球状碳化物的O s t w a l d长大现象J.材料科学与工艺,1993,1(4:44.5徐祖耀.马氏体相变与马氏体M.2版.北京:科学出版

18、社,1999.6C o r w y n,B e r g e rM,F i n nJ o h n.T h eE f f e c to fA n n e a l e dM i-c r o s t r u c t u r eo nt h eI m p a c tT o u g h n e s so fP r e m i u mH-13D i eS t e e lCN A D C A18t hI n t e r n a t i o n a lD i eC a s t i n gC o n g r e s sa n dE x p o s i t i o n.P e n n s y l v a n i a:S o c i e t yo fD i eC a s t i n gE n g i-n e e r s,1995:357.7G r a n g eRA.E f f e c to fM i c r o s t r u c t u r a lB a n d i n gi nS t e e lJ.M e t a l l u r g i c a la n dM a t e r i a l sT r a n s a c t i o n s,1971