Fe-Mn-Al-C轻质高强钢析出相研究进展

Fe-Mn-Al-C轻质钢具有低密度和优良的力学性能,在交通运输、能源化工和航空航天领域有广阔的应用前景。该系列钢种包含多种析出相如：κ-碳化物((Fe, Mn)₃AlC)、β-Mn、B2(FeAl)和DO₃(Fe₃Al)等,这些析出相直接决定了其综合性能和服役寿命。综述了Fe-Mn-Al-C轻质钢析出相的种类、析出机制,探讨了合金元素和热处理制度对析出相影响规律,为Fe-Mn-Al-C钢中的析出相调控和强韧化提供指导。     

Fe-Mn-Al-C系轻质高强钢研究现状及展望

 Fe-Mn-Al-C轻质钢以低密度、高强塑性等优势,高度契合汽车等行业减重、加工和安全性等需求期望,具有巨大应用潜力。然而,当前关于轻质钢制备、加工、服役等相关研究结论不尽一致,制约着轻质钢的开发、应用。因此,以Fe-Mn-Al-C系轻质高强钢中的奥氏体作用机制为着眼点,首先对比了不同学者对轻质钢成分和热机械作用对奥氏体热稳定性的影响研究;其次,结合作者对奥氏体TWIP钢的相关研究,分析了奥氏体协调位错运动特征以及协调变形机制及与强韧化关联机理;然后,依据奥氏体的作用机制,对轻质钢在不同载荷下的力学性能响应也进行了分析。最后,对现有的研究进行了总结,提出了Fe-Mn-Al-C系轻质高强钢的研究展望,旨在为更多的研究提供参考。     

高层错能Fe-Mn-Al-C低密度钢的变形机制和组织控制

含铝低密度钢是汽车高性能钢的研究方向之一. Fe-Mn-Al-C低密度钢有较高的层错能,其变形机制与TRIP钢和TWIP钢不同.本文介绍了Fe-Mn-Al-C低密度钢的类型、变形过程中的组织演变及变形机制,并介绍了合金中的析出相类型及对变形行为的影响,提出了Fe-Mn-Al-C钢组织控制中尚需研究的问题.     

轻质钢的研究进展(一)——富Al无间隙原子钢和铁素体轻质钢

轻质钢是在超低碳钢或C-Mn钢基础上添加Al元素而形成的Fe-Al或Fe-Mn-Al-C合金钢。简要介绍了Al元素对钢的密度、相组织构成和基体碳化物形成的影响,并依据合金成分和相组织构成将轻质钢大致分为单一铁素体钢(多为富Al无间隙原子钢,即Al-IF钢)、铁素体钢(多为δ-TRIP钢)、铁素体—奥氏体双相钢和奥氏体钢四类。重点阐述了Al-IF钢和δ-TRIP钢的微观组织特征、力学性能和强韧化机制,为进一步研究开发上述种类轻质钢提供参考。     

Al元素对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的影响特性综述

随着"节能、减排、环保"意识的逐渐增强,实现汽车轻量化已成为汽车用钢的主要发展目标之一,其中,Fe-Mn-Al-C系低密度钢加入Al后具有良好的力学性能及应用性能,受到广大研究者的青睐.因此,从密度、弹性模量、析出物、层错能、力学性能及应用性能等方面总结Al元素对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的影响规律.重点分析Fe-...     

超高强度钢热处理组织中碳化物演化行为研究进展

摘要：具有优异性能的超高强度钢在各工业领域备受关注,随着超高强度钢服役环境愈加复杂,通过调整多种微观组织、采用基体与碳化物强化相复合结构来进一步提高钢材强韧性能成为当今研究热点之一。简要回顾超高强度钢发展历程与研究现状,着重讨论在不同热处理工艺条件下超高强度钢中微观组织结构、碳化物析出种类及演变规律的最新进展,并详细介绍作者团队在超高强度钢领域的研究成果。在超高强度钢研究过程中,仍需深入探讨碳化物与基体之间存在的位相关系,澄清不同热处理工艺改变碳化物析出顺序的内在机制,为超高强度钢的组织调控和性能优化提供基础数据和理论指导。     

Cr对Fe-28Mn-12Al-1.6C钢κ-碳化物析出行为的影响

随着可持续发展战略的要求，Fe-Mn-Al-C轻质钢逐渐成为汽车工业的主要发展目标之一。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热力学计算和第一性原理研究了Cr元素对Fe-28Mn-12Al-1.6C奥氏体低密度钢κ-碳化物析出行为的影响。结果表明，不同温度固溶处理后，0Cr钢在室温下随着时间延长硬度逐渐增大且增值达到10HRC,通过TEM分析确认0Cr钢室温下析出的为κ-碳化物，并计算其室温析出的吉布斯自由能为-19.580 6 kJ/mol,从而验证了0Cr钢可以在室温下析出κ-碳化物；随着Cr含量的增加，轧制后快速凝固试样中κ-碳化物的质量分数逐渐降低，室温时效的硬度增值减小。Cr含量的增加也显著减小了κ-碳化物的生长速度，κ-碳化物的粒径从60～200 nm细化到20～40 nm和5～27 nm。同时第一性原理计算结果表明，κ-碳化物结构中掺杂Cr原子后，增大了κ-碳化物的形成能，使其形成变得困难。此外，随着Cr含量的增加，γ-奥氏体与κ-碳化物的晶格失配度增加，两相间的弹性应变能增大，导致κ-碳化物的生长速度减慢。研究结果可为后续更高Al含量的Fe-...     

超高强度钢热处理组织中碳化物演化行为研究进展

具有优异性能的超高强度钢在各工业领域备受关注,随着超高强度钢服役环境愈加复杂,通过调整多种微观组织、采用基体与碳化物强化相复合结构来进一步提高钢材强韧性能成为当今研究热点之一。简要回顾超高强度钢发展历程与研究现状,着重讨论在不同热处理工艺条件下超高强度钢中微观组织结构、碳化物析出种类及演变规律的最新进展,并详细介绍作者团队在超高强度钢领域的研究成果。在超高强度钢研究过程中,仍需深入探讨碳化物与基体之间存在的位相关系,澄清不同热处理工艺改变碳化物析出顺序的内在机制,为超高强度钢的组织调控和性能优化提供基础数据和理论指导。     

Fe-Mn-Al-C低密度钢研究现状及展望

在汽车工业发展需求的节能环保与高安全性的双重目标下,Fe-Mn-Al-C低密度钢因其低密度和优异的力学性能,具有巨大的应用潜力,引起了国内外的广泛关注.因此,综述了 Fe-Mn-Al-C低密度钢的合金成分与微观组织、生产工艺、强化机制及其性能的研究进展;对目前Fe-Mn-Al-C低密度钢中提出的变形机制及其拉伸性能、冲...     

高锰TRIP/TWIP钢变形行为的研究进展

高强度高塑性是汽车用钢发展的主要趋势.Fe-Mn-Al-Si系TRIP/TWIP钢、Fe-Mn-C系TWIP钢和Fe-Mn-Al-C钢具有高的强度、优良的塑性和成形性,为新一代汽车材料.近年来,这些奥氏体汽车用钢的研究与开发受到了高度重视.本文对高锰TRIP/TWIP钢的组织性能、晶体学行为、强韧化机制、应变硬化行为和高速变形方面的研究工作进行了综述.     

新型低密度高强高韧热轧层状钢研发

 鉴于能源短缺与高安全性要求,钢铁材料的低密度化与高强韧化成为高强钢的研发热点。大量报道证明,铝等元素合金化可以显著降低钢材密度,层状复合组织大幅度提高钢铁材料的韧性。在介绍国内外传统等轴晶粒高强韧钢、层状复合钢铁材料及低密度钢研发结果的基础上,提出了Fe-Al-Mn-C低密度双相钢的低中等合金质量分数（4%～12%）的合金化设计和高温铁素体和奥氏体的几何扁平化组织调控思路,制备出具有铁素体与马氏体相间排列的层片复合双相钢组织结构的高强韧钢研发思路。初步研究结果证明,层片双相钢的组织结构设计是可行的,实现了钢铁材料的高强度化（抗拉强度为1 000～1 500 MPa）、低密度化（6.5～7.5 g/cm3）和高韧性化（室温V型冲击韧性为200～400 J）,突破了传统等轴结构材料的强韧化机制制约,形成了新型层状复合结构强韧化的钢铁材料研发方向。强调未来需要对层片双相钢材料进行深入研究,以实现对化学成分、层片组织结构参数与材料强度、韧性和材料密度关系的定量研究,深入探讨低密度层状双相钢的层状组织调控机制及其强韧化机理,为未来高强韧金属材料研发及应用开辟出创新发展方向。     

基于Thermo--Calc的中锰中铝Fe--Mn--Al--C低密度钢类Schaeffler相图绘制与评估

含铝低密度钢由于其较好的综合力学性能和低密度特征引起结构钢领域研究人员的广泛关注.本文利用ThermoCalc热力学计算软件结合TCFE 7数据库,计算中锰中铝含量Fe-Mn-Al-C钢在不同温度的热力学平衡状态,总结其两相区相比例的变化规律,通过平移和修正等处理方法,绘制针对中锰中铝钢合金成分和相设计的类Schaeffler相图.结合马氏体转变温度的计算讨论对应不同合金成分条件下相种类存在可能,并通过已有材料的相比例和相形貌实验结果分析绘制的类Schaeffler相图的准确性和适用性.绘制的Fe-Mn-Al-C类Schaeffler相图可以直观地提供不同合金成分所对应的相比例、相种类等信息,可用于新型含铝低密度钢的合金设计.      

高性能汽车钢组织性能特点及未来研发方向

 介绍了先进汽车用钢的组织和性能特点,认为具有较低强塑积的第一代汽车钢主要是通过铁素体、马氏体等多种基体组织的选取和配合对强度和塑性进行调控,第二代汽车钢通常具有单相奥氏体组织,表现出超高的强塑积,在汽车轻量化和安全性方面都有明显促进作用,但是其高合金质量分数提高了生产成本和难度,不利于规模化生产和应用。而第三代汽车钢则是通过在马氏体或超细晶铁素体基体上引入大量的亚稳奥氏体来提高汽车钢的强度和塑性,从而大幅度提高钢的强塑积。第三代汽车钢综合性能比第一代汽车钢提高1倍以上,其强塑积达到了25～50 GPa·%,接近或达到了第二代汽车钢的强塑积。新型合金化设计、高强度基体组织调控和大量亚稳奥氏体控制是第三代汽车钢的重要研究内容。基于轻量化与高安全性要求,低密度化与高强化将是未来第三代汽车钢的一个主要发展方向。     

Tensile Deformation Behavior of Fe-Mn-Al-C Low Density Steels

Room temperature tensile tests of Fe-Mn-Al-C low density steels with four different chemical compositions were conducted to clarify the dominant deformation mechanisms.Parameters like product of strength and elongation,as well as specific strength and curves of stress-strain relations were calculated.The microstructures and tensile fracture morphologies were observed by optical microscope,scanning electron microscope and transmission electron microscope.The tensile behavior of low density steel was correlated to the microstructural evolution during plastic deformation,and the effects of elements,cooling process and heat treatment temperature on the mechanical properties of the steels were analyzed.The results show that the tensile strength of steels with different cooling modes is more than 1 000 MPa.The highest tensile strength of 28Mn-12Al alloy reached 1 230 MPa,with corresponding specific strength of 189.16 MPa·cm~3·g~(-1),while the specific strength of 28Mn-10 Al alloy was 178.98 MPa·cm~3·g~(-1),and the excellent product of strength and elongation of 28Mn-8Al alloy was over 69.2 GPa·%.A large number of ferrite reduced the ductility and strain hardening rate of the alloy,while the existence of κ carbides may improve the strength but weaken the plasticity.Some fine κ carbides appeared in the water-quenched specimen,while coarse κ carbides were observed in the air-cooled specimen.High temperature heat treatment improved the decomposition kinetics of γ phase and the diffusion rate of carbon,thus speeded up the precipitation of fine κ carbides.The dominant deformation mechanism of low density steel was planar glide,including shear-band-induced plasticity and microbandinduced plasticity.     

冷轧中Mn－TRIP钢的机理与研发进展

中Mn-TRIP钢作为第三代汽车用钢研发的重点,从21世纪初就得到越来越多国内外汽车及钢铁企业的关注。介绍了中Mn-TRIP钢种的最新机理研究与工业化进展。中Mn-TRIP钢主要由纳米级至微米级铁素体和亚稳奥氏体构成,有时也含有一定比例的马氏体,其组织特征和变形机理与其他先进高强钢有显著不同。众多科研院所做了大量工作,包括中Mn成分设计、相变精细结构表征、超细晶Lüders应变行为、相变诱导加工硬化、奥氏体不全位错滑移等,从而对中Mn-TRIP钢有了更为深入的认识。1 000~1 200 MPa级冷轧中MnTRIP钢和热镀锌中Mn-TRIP钢已经成功实现了工业化试制,其强塑积大于35 GPa·%,标志着冷轧中Mn-TRIP钢正逐步由基础研究向工业化生产推进。     

Effect of welding consumables and processes on dynamic fracture toughness (J 1d) of armour grade Q&T steel joints

Abstract

Austenitic stainless steel (ASS) welding consumables are being used for welding armour grade Q&T steels, as they have higher solubility for hydrogen in the austenitic phase, to avoid hydrogen induced cracking (HIC). Even with austenitic stainless steel consumables under high dilution, the risk of HIC prevailed. In recent years, the developments of low hydrogen ferritic steel (LHF) consumables that contain no hygroscopic compounds are utilised for welding Q&T steels. The use of ASS fillers for welding armour grade Q&T steels creates a duplex microstructure (austenite and δ ferrite) in the welds, which drastically reduces the joint efficiency (ratio of ultimate tensile strength of the joint and the base metal). On the other hand, the weld made using LHF fillers exhibited superior joint efficiency due to the preferential ferrite microstructure in the welds. The use of ASS and LHF consumables for armour grade Q&T steels will lead to formation of distinct microstructures in their respective welds. This microstructural heterogeneity will have a drastic influence on the dynamic fracture toughness of the armour grade Q&T steel welds. Hence, in this investigation an attempt has been made to study the influence on the welding consumables and processes on the dynamic fracture toughness properties of armour grade Q&T steel joints. Shielded metal arc welding (SMAW) and flux cored arc welding (FCAW) processes were used for fabrication of the joints using ASS and LHF welding consumables. The joints fabricated by SMAW process using ASS consumables exhibited superior dynamic fracture toughness values compared to all other joints.     

Quench and Partitioning Steel: A New AHSS Concept for Automotive Anti‐Intrusion Applications

A new type of high strength, high toughness, martensitic steel, based on a newly proposed Quench and Partitioning (Q&P) process, is presented. This high strength martensitic grade is produced by the controlled low temperature partitioning of carbon from as‐quenched martensite laths to retained inter‐lath austenite under conditions where both low temperature transition carbide formation and cementite precipitation are suppressed. The contribution focuses on both the current understanding of the fundamental processes involved and includes a discussion of the technical feasibility of large‐scale industrial production of these steels as sheet products. The Q&P process, which is carried out on steels with a lean composition, should be implemented easily on some current industrial continuous annealing and galvanizing lines. In addition, martensitic Q&P sheet steel is characterized by very favourable combinations of strength, ductility and toughness, which are particularly relevant for high strength anti‐intrusion automotive parts.