中锰钢微观结构调控与强韧化机制研究进展

汽车工业的迅猛发展对汽车用钢的综合性能提出了更高的要求。高强高塑和低合金是现代汽车用钢开发的主要目标。本文主要介绍了国内外非均质结构中锰钢的研究现状,系统总结了合金元素和临界退火工艺对组织的影响,并对非均质结构中锰钢的强化机制进行了分析。在传统强化机制的基础上,异质结构通过异质变形诱导(HDI)强化、多阶段相变诱导塑性(TRIP)效应与TRIP/TWIP综合效应进行协同强化,大大提高了中锰钢的强度与伸长率。最后提出了非均质结构中锰钢发展中需解决的问题。     

低碳锰钢魏氏组织的形成及力学性能

研究了低碳锰钢魏氏组织形成规律。在奥氏体化温度为９００～１３００℃，以适当速度冷却，可产生魏氏组织。说明魏氏组织并非过热标志。在同一奥氏体化温度下，有魏氏组织的试样韧度高于无魏氏组织的，魏氏组织的针状铁素体对强韧性有利。     

仿晶界型铁素体/贝氏体低碳锰钢的组织和力学性能

对一种低碳锰钢进行了终轧温度高于Ar3卷取温度的不同控轧控冷处理．扫描电镜和透射电镜观察表明,终轧变形在奥氏体再结晶区进行时,有利于获得均匀分布的铁素体和一定含量的贝氏体组织．终轧温度降低到800℃,实验钢产生了形变诱导铁素体相变．当冷速增加到60℃／s且卷取温度为400℃左右时,铁素体主要沿原奥氏体晶界分布,晶粒得到细化,贝氏体体积分数增加,强度有较大的提高,但延伸率较低,屈强比较高．通过控制终轧温度为800-850℃、冷速为40℃／s左右以及卷取温度为550℃左右时,低碳锰钢可以获得仿晶界型铁素体／贝氏体的复相组织,其中铁素体晶粒尺寸为8-8．5μm,贝氏体体积分数在30％左右,综合性能较好．     

低碳硅锰钢I&P&Q工艺中的Mn配分行为

采用双相区保温淬火(IQ)和双相区保温+奥氏体化淬火(IPQ)工艺和直接淬火(DQ)工艺,结合热力学计算,研究了低碳硅锰钢热处理过程中Mn配分行为及其对组织演变和力学性能的影响机制。结果表明:经IQ工艺处理,Mn在室温马氏体中出现了明显富集,马氏体以条状、块状、团状三种形态分布,化学位梯度驱使着Mn由铁素体向奥氏体中配分,Mn在晶界处的配分行为影响着晶界的迁移方向,使得形成不同形态的奥氏体晶粒;IPQ工艺处理后Mn在马氏体中呈不均匀分布,较DQ工艺,IPQ工艺使钢的伸长率由5.2%提高到10.9%,强塑积提高了6812 MPa·%。     

高强韧中锰钢研究现状及发展趋势

汽车轻量化的迫切需求使得具有优异性能和较低成本的汽车先进高强钢之一——中锰钢成为了研究热点。针对中锰钢的相关研究成果,分别从热处理工艺、残留奥氏体稳定性和强塑性机制3个方面进行了详细汇总。包括最新的热处理工艺,合金元素、相尺寸及形貌、取向和基体组织等对残留奥氏体稳定性的影响,层错能与变形强化机制等。最后,展望了中锰钢工业化应用的研究和发展方向。     

低碳中锰钢内部裂纹形成机理研究

通过奥氏体连续冷却转变试验,钢锭试验和铸坯冷却试验,结合低碳中锰钢连铸坯夹杂物特性的研究,得到内部裂纹的形成机理:铸坯在空冷条件下,由于马氏体相变应力作用未得到有效释放,铸坯中Al2O3夹杂物附近形成应力集中,内部裂纹沿着大颗粒夹杂物形成和扩展。     

低碳硅锰钢I&P&Q工艺中Mn配分行为及对组织性能的影响

采用双相区保温淬火（I&Q）和双相区保温+奥氏体化淬火（I&P&Q）工艺和直接淬火（DQ）工艺,结合热力学计算,研究了低碳硅锰钢热处理过程中Mn配分行为及其对组织演变和力学性能的影响机制。结果表明：经I&Q工艺处理,Mn在室温马氏体中出现了明显富集,马氏体以条状、块状、团状三种形态分布,化学位梯度驱使着Mn由铁素体向奥氏体中配分,Mn在晶界处的配分行为影响着晶界的迁移方向,使得形成不同形态的奥氏体晶粒; I&P&Q工艺处理后Mn在马氏体中呈不均匀分布,较DQ工艺,I&P&Q工艺使钢的伸长率由5.2%提高到10.9%,强塑积提高了6812 MPa·%。     

低碳贝氏体型特厚调质高强钢强韧化机理研究

采用低碳贝氏体的成分设计和调质工艺开发出100 mm厚460 MPa级调质钢板.结果表明:淬火后沿钢板厚度方向获得了一系列低碳中温转变组织,此类组织使钢具有高的韧性和塑性,而回火过程中软化和强化机制的共同作用使钢强度的变化表现出明显的规律性,因此通过调质处理能够获得良好的强韧性匹配和较低的屈强比;与传统调质钢相比,经过较低温度的回火既能获得优良的低温韧性,合金元素的作用得到了充分发挥,适于生产强度级别相对较低的特厚调质钢板.     

Mn13高锰钢的热处理工艺研究

研究了Mn13高锰钢的热处理工艺。结果表明:通过均衡入炉温度、降低加热速率及合理安排码放位置等,经(1050～1100)℃×2 h固溶,可有效地减少裂纹的产生,提高了Mn13高锰钢力学性能及产品质量。     

回火温度对超低碳贝氏体钢(ULCB)组织与性能的影响

超低碳贝氏体钢经两阶段控轧控冷,在不同温度进行一定时间的回火,检测了热处理前后钢板力学性能并对比分析了组织特点.结果表明,随着回火温度的升高,贝氏体板条逐渐合并,过渡到粒状贝氏体,随着回火温度的进一步升高,出现粗大的准多边形铁素体组织;在490 ℃～620 ℃范围内进行热处理,试验钢会得到良好的综合性能;粒状贝氏体组织在-20 ℃的低温冲击功在560 ℃热处理达到最小值,之后随着回火温度的升高而大幅提高;而含有板条贝氏体组织钢的-20 ℃低温冲击功随着热处理温度的升高而有所改善.     

中强度低碳钢筋强韧化研究

研究了Ｑ２３５Ａ（Ａ３）钢民用建筑钢筋在双相区（Ｆ＋Ｍ）淬火后冷拉组织和性能的变化。发现双相区淬火钢丝比热轧态或正火态的能显著提高加工硬化率和强度。（Ｆ＋Ｍ）双相中的低碳马氏体具有良好塑性和冷加工性能。改变双相中的马氏体量和拉拔道次能有效地控制钢筋的强度和塑性，以达到节约建筑用钢的目的。     

V-N微合金化提高低合金结构钢强韧性研究

在16Mn钢中加入V-Fe合金及V-N合金进行微合金化，研制了16MnV（N）新钢种。用此钢种生产的角钢其力学性能：σb=520～625MPa，σs=395～465MPa，δ5=24％～28％，AK=43～96J。对V-N微合金化提高低合金结构钢强韧性的机理进行了研究。结果表明，所设计16MnV（N）钢力学性能提高的原因是组织细化和沉淀强化。     

加V中碳钢的组织和相界面析出强化机制

研究了加入钒的中碳钢奥氏体转变为铁素体(F)和珠光体(P)时相界面析出的组织与性能的关系。钒的加入量分别为0.1%、0.3%和0.5%。热处理工艺为:于1473 K保温86.4 ks后炉冷,S45C钢在1423 K保温0.6 ks,加钒钢再加热至1473 K保温0.6 ks,随后在不同温度盐浴中等温。结果表明,加钒的S45C钢在奥氏体转变为铁素体和珠光体过程中有VC在相界面析出,硬度提高;随着加钒量的增加,析出的VC更细小,硬度提高更明显此外,VC主要在不具备特定的晶体位向关系的相界面即F/P界面析出,这是一种与以往的台阶机制不同的机制。     

中高锰钢耐磨堆焊层的自强化机理

针对高锰钢堆焊可焊性差的问题,利用接触疲劳试验分析了Mn元素在Fe-Mn合金中的作用.阐述了中高锰钢耐磨堆焊层的自强化机理.高锰钢的自强化以加工硬化为主,而中锰钢的自强化以应变诱发马氏体相变强化为主.这种特殊的强化机制能够显著提高堆焊层的使用寿命.通过相变热力学分析,对获得中锰钢堆焊层成分的方法进行了设计.利用动载磨料磨损试验验证了中高锰钢的自强化机理.     

奥氏体变形条件下低碳微合金钢中的贝氏体相变

采用Gleeble-1500热模拟机对低碳Mn-Nh-Ti钢进行了奥氏体区变形和变形后的冷却试验,借助于光学显微镜和扫描电镜分析了变形和冷却速度对显微组织的影响。结果表明,随着奥氏体形变量的增大,奥氏体向铁素体的相变增加,向贝氏体的相变减少,贝氏体中的铁素体和小岛由细长条状逐渐向近等轴状变化,铁素体板条间的小岛逐渐变化为存在于某些铁素体的晶界上。随着变形后的奥氏体冷却速度增大,铁素体量减少,贝氏体量增加,粒状贝氏体也逐渐由板条贝氏体所取代。     

含铌微合金钢强韧化机理

对含Nb微合金钢14MnNbq钢板进行了模拟控轧控冷试验。利用光学显微镜、透射电子显微镜、力学性能试验等手段，对试验结果进行了分析和研究。证明该钢具有较好的强韧化综合性能，能满足大型桥梁用钢的技术要求，并指出了细晶强化是14MnNbq钢的主要强韧化机制。