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第44卷2016年4月第4期—第3238页材料工程Journa1ofMaterialsEngineeringVo1.44No.4—Apr.2016PP.3238低碳硅锰钢I&Q&P处理中c。Mn元素配分综合作用ComprehensiveEffectofC,MnPartitioningBehavioronRetainedAusteniteofLOW—CarbonSiMnSteelinI&Q&PProcess田亚强,张宏军,陈连生,宋进英,魏英立,张健杨(华北理工大学河北省现代冶金技术重点实验室,河北唐山063009)———TIANYaqiang,ZHANGHongiun,CHENLiansheng,———SONGJinying,WEIYingli,ZHANGJianyang(HebeiKeyLaboratoryofModernMetallurgyTechnology,NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan063009,Hebei,China)摘要:采用EMPA,SEM和XRD等手段,研究低碳硅锰钢在双相区保温淬火(I&Q)、双相区保温+奥氏体化+盐浴配分(I&Q&P)和奥氏体化+盐浴配分(Q&P)工艺中的C,Mn元素配分行为及对残余奥氏体的综合作用。结果表明:经I&Q工艺处理后,得到马氏体、铁素体加少量残余奥氏体混合组织,C,Mn在马氏体中出现了富集,并且C富集程度高于Mn;经I&Q&P工艺处理后,C,Mn在板条马氏体中呈现不均匀分布,C的局部富集现象更明显,按C,Mn含量的不“”“”“”同,马氏体可分为高c高Mn、高c低Mn和低c低Mn3种;相比较Q&P工艺中只有C配分作用稳定残余奥氏体,I&Q&P工艺在C,Mn配分综合作用下,能得到更多的残余奥氏体。关键词:低碳硅锰钢;I&Q&P工艺;C配分;Mn配分;综合作用doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.04.006中图分类号:TG156.1;TG115.21文献标识码:A———文章编号:10014381(2016)04003207—Abstract:LowcarbonSiMnsteelwasprocessedthroughtheprocessesofintercriticalannealing,quenching(IQ),ortheintercriticalannealing,subsequentaustenitizing,thenquenchingpartition(I&Q&P)andtheaustenitizing,quenchingpartition(Q&P).TheC,Mnpartitioningbehaviorandtheircomprehensiveeffectonretainedaustenitewerestudiedbymeansofelectronmicroprobeanalysis—(EMPA),fieldemissionscanningelectronmicroscopy(SEM)andXraydiffraction(XRD).The—resultsshowthatthemicrostructureoflowcarbonSiMnsteeliscomposedofmartensite,ferriteand—someretainedausteniteaftertreatedbyI&Qprocess.C,MninmartensiteoflOWcarbonSiMnsteelisenriched,andCenrichmentlevelishigherthanMnleve1.AftertreatedbyI&Q8LPprocess,C,Mnofsteelexhibitsnonuniformdistributioninlathmartensite,andthe1ocalenrichmentofCiSmore“”“’’obvious.ThemartensitecanbedividedintothreeformsofhighChighMn,highClowMnand“”lowClowMnaccordingtothedifferentCandMncontents.ThecontentofretainedausteniteofthesteeltreatedbyI&Q&PprocessishigherunderthecomprehensiveeffectofC,MnpartitioningthanthatofQ8LPprocesswhichisstabilizedonlybyCpartitioning.—Keywords:lowcarbonSiMnsteel;I&Q&Pprocess;Cpartitioning;Mnpartitioning;comprehensiveeffect随着汽车使用量的增加,出现了一系列环境和安全问题,而提高车身材料的强度是较有效的解决途径之一引。鉴于此,近年来对汽车用高强钢的研究不断深入。。继第一代。和第二代高强钢之后,—Speer等提出了一种新型热处理工艺:淬火(Quenching)+C配分(Partitioning),即Q&P工艺。经过C配分,可以使奥氏体富C,热稳定性提高;经过淬火处理能得到更多的残余奥氏体,使钢材具备较好的强第44卷第4期低碳硅锰钢I&Q&P处理中C,Mn元素配分综合作用33’韧性[1。n]。研究表明[1,钢在进行I&Q处理时,Mn在淬火马氏体中出现明显富集现象,作为奥氏体稳定元素,Mn能降低奥氏体的点,提高奥氏体的热稳定性[1。钢经I&Q&P工艺处理后,能比Q&P工艺得到更多的残余奥氏体[1,说明Mn配分能够提高残余奥氏体。但关于在I&Q&P工艺中的C,Mn元素配分行为及对室温组织影响和综合作用机制的研究报道很少。本工作以低碳硅锰系钢为研究对象,采用I&Q,I&Q&P和Q&P工艺,对各个热处理工艺阶段的C,Mn元素分配规律进行研究,探讨C,Mn配分对室温残余奥氏体的综合作用。1实验材料及方法实验用钢采用5Okg真空熔炼炉冶炼,其化学成分(质量分数,)为C0.17,Sil.58,Mn1.83,P0.0032,S0.0014,余量为Fe。利用热膨胀法测得该℃—实验用钢的A。一871,A1730 ̄C,Ms一330 ̄C(A。。Time/s是加热时先共析铁素体全部转化为奥氏体的终了温度,A是加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度,Ms是冷却时马氏体转变的起始温度)。将冶炼后钢锭锻造并剪切成50mm×50mm×100mm方坯,经过热轧、冷轧工艺,轧制成3.0mm厚的实验用钢板。图1为不同热处理工艺的流程图。图1(a)为I&Q工艺流程图。将钢从室温升到双相区温度(T一℃780),形成铁素体和奥氏体双相组织,保温15min进行C,Mn元素配分,之后水冷至室温,观察室温组织形貌和C,Mn元素分布;图1(b)为I&Q8LP工艺流程图。经过双相区温度保温15min后,加热到奥氏体℃—化温度(T一950)保温8min,然后盐浴到TQ℃T一230保温15s进行C配分,之后水冷到室温,观察室温组织形貌和C,Mn元素分布情况,并测定室温残余奥氏体量和不同部位C,Mn元素含量;图1(c)为℃Q&P工艺流程图。将钢加热到奥氏体化温度950℃保温8min后盐浴到230保温15s,之后水冷到室温,测定热处理后钢中室温残余奥氏体含量。Time/sTime/s图1不同热处理工艺流程图(a)I&Q工艺;(b)I&Q&P工艺;(c)Q&P工艺Fig.1Differentheattreatmentprocessflowdiagrams(a)I&Qprocess(b)I&Q&Pprocess;(c)Q&Pprocess原始试样及热处理后试样,经过研磨、抛光和4硝酸酒精浸湿后由配备了EDS系统的S-4800场发射扫描电镜(SEM)进行显微组织观察及EDS分析;利用D/MAX2500PC-X射线衍射仪(XRD)分析实验用钢中的残余奥氏体含量,实验参数:Cu靶,步宽0.027,工作电压50kV,电流300mA,实验角度4O。~100。,速率1o)/3min,精确测得衍射角2和积—分强度,按GB836287对残余奥氏体的体积分数进行计算,利用奥氏体(220),(200),(311)和马氏体(211),(220)晶面的积分强度,通过直接比较法得出残余奥氏体含量;利用配备了Oxford-EBSD成像系统的JXA一8230型电子探针(EMPA),测定经不同工艺制备的试样室温下微观组织形貌以及C,Mn元素在两相中的浓度分布,EMPA工作电压为2OkV,二次电子分辨率为5nm。2结果与分析2.1I&Q工艺处理后钢的组织分析图2为实验钢经过热轧及冷轧成型后室温组织和I8LQ工艺处理后组织的SEM像。由图2(a)可知,实验钢原始组织为铁素体加珠光体,渗碳体片层沿轧制方向拉长。组织中有一定量的粒状珠光体,这是由于奥氏体化程度不够,C在奥氏体中分布不均匀,在空冷时形成粒状渗碳体颗粒。经I&Q工艺处理后,钢的组织由马氏体、铁素体和少量残余奥氏体组成,如图2(b)所示。根据热力学软件ThermoCalc计算,此时铁素体含量约为50(体积分数,下同)。珠光体在升温到Ac温度时,首先变成奥氏体,之后奥氏体向铁素体中长大,因此双相区奥氏体形态与原始珠光体对应,长度与轧制方向平行。/aJn_BJ9dEo_L『9J3lBJac-£9上、aJ三BJ9dE_L第44卷第4期低碳硅锰钢I&Q&P处理中C,Mn元素配分综合作用37程中,不发生马氏体相变,以残余奥氏体形式保留下来。因此,I&Q8LP工艺下室温残余奥氏体分为两类:第一类,马氏体相变过程中,在板条间形成的残余奥氏体,在C配分作用下,淬火后形成薄膜状残余奥氏体,“只在盐浴过程中由C配分作用稳定下来,呈现高C”低Mn特征;第二类,盐浴冷却过程中由Mn配分稳定下来的残余奥氏体,在盐浴保温时再经C配分作用,稳定性较第一类提高,淬火时更易以室温残余奥氏体形式保留下来,由C,Mn配分共同作用稳定,呈现“”高C高Mn特征。也就是说,Mn配分可以在盐浴冷却时稳定部分残余奥氏体,增加了Q&P工艺中参与C配分的初始残余奥氏体含量,经c配分作用后,较“”Q&P工艺增加了第二类残余奥氏体,提高了室温残余奥氏体含量。图7是实验钢经Q&P和I&Q&P处理后的X射线衍射图谱。可知,经过Q&P和I&Q&P处理后,试样中的残余奥氏体含量分别为2.6和4.8,I8LQ&P工艺较Q&P工艺能得到更多的室温残余奥氏体。2e/(。)图7不同工艺下实验钢的X射线衍射谱—Fig.7Xraydiffractionspectraoftestedsteelindifferentprocesses3结论℃(1)在双相区780时,C,Mn元素会由固溶度低的铁素体向固溶度高的奥氏体中扩散,保温15min后淬火,室温组织为铁素体、马氏体和少量粒状残余奥氏体,C,Mn在马氏体中出现富集,且C富集程度高于Mn。(2)经I8LQ&P工艺处理后,C,Mn元素在板条马氏体中呈现不均匀分布。Mn保持奥氏体化后的分布形态,配分效果较I&Q工艺降低;盐浴保温使得C的局部富集现象更明显。按C,Mn含量的不同,马氏体“”“”“”可分为高C高Mn、高C低Mn和低C低Mn3种。(3)I&Q&P工艺中,Mn配分在盐浴冷却时保留更多残余奥氏体参与C配分,使得一部分残余奥氏体由C,Mn配分共同作用稳定到室温,增加了C,Mn配“”分共同作用稳定的第二类残余奥氏体,提高了室温残余奥氏体含量。参考文献—1,13SHIKANAIN,MITAOS,ENDOS.Recentdevelopmentinmi—crostructuralcontroltechnologiesthroughthethermomechanical’—controlproeess(TMCP)withJFEsteelshighperformanceplates—[J].JFETechnicalReport,2008,11(6):16.[2]赵才,江海涛,唐荻,等.Q&P钢塑性变形机制及组织一性能研究—EJ].材料工程,2009,(2):1923.ZHAOC,JIANGHT,TANGD,eta1.Researchondeformation—mechanismandrelationshipbetweenmicrostructureandpropertiesofquenchingandpartitioningSteel[J1.JournalofMaterials—Engineering,2009,(2):1923.[3]马鸣图,SHIMF.先进的高强度钢及其在汽车工业中的应用—口].钢铁,2004,39(7):6872.MAMT,SHIMAdvancedhighstrengthsteelanditsapplication—inautomobileindustry[J].IronandSteel,2004,39(7):6872.[4]邢淑清,陆恒昌,麻永林,等.800MPa级高强钢焊接粗晶区再热—循环的组织转变规律[J].材料工程,2015,43(7):9399.XINGSQ,LUHC,MAYL,eta1.MicrostructureevolutionofCG-HAZreheatedbysecondthermalcyclefor800MPagradehighstrengthsteel1,J].JournalofMaterialsEngineering,2015,43(7):—9399.I-5]陈林恒,康永林,黎先浩,等.轧制工艺对CSP生产低碳贝氏体高—强钢组织和性能的影响[J].材料工程,2009,(9):4750.—CHENLH,KANGYL,LIXH,eta1.Effectsofprocessingparametersonmicrostructuresandpropertiesoflow-carbonbainitichighstrengthsteelsproducedbyCSP[J].JournalofMaterials—Engineering,2009,(9):4750.—[6]MAUKPJ.Currentstateanddevelopmentsforhotandcoldrollingofflatandlongproducts[A].ICSR2OLO[C].Beijing:CSM,201O.[7]KIMJK,CHENL,KIMHS,eta1.Onthetensilebehaviorof—high-manganesetwinning-inducedplasticitysteel[J].Metallurgi—calTrasactionsA,2009,40(13):31473158.”—[8]SPEERJG,RIZZOAFC,MATLOCKDK,eta1.Thequench”ingandpartitioningprocess:backgroundandrecentprogress1,J].—MaterialsResearch,2005,8(4):417423.[9]DECOOMANBC,SPEERJG.Quenchandpartitioningsteel:a—newAHSSconceptforautomotiveantiintrusionapplications[J].——SteelResearchInt,2006,77(910):634640.[1O]SPEERJG,MATLOCKDK,DECOOMANBC,eta1.CarbonpartlU。onm。gintoausteniteaftermartensitetransformation[J].—ActaMaterialia,2003,51(9):26112622.“[11]SPEERJG,RIZZOFC,MATLOCKDK,eta1.Thequenching”andpartitioningprocess:backgroundandrecentprogress[J].—MaterialsReseareh,2005,8(4):417423.[12]LEESJ,LEES,DECOOMANBC.Mnpartitioningduringthe——intercriticalannealingofultrafinegrained6Mntransformationinducedplasticitysteel[J].ScriptaMaterialia,2011,64(7):64938材料工程2016年4月[13][14][15][16]It7]一652.T0JIY,YAMASHITAT,NAKAJIMAK,eta1.EffectofMnpartitioningduringintercriticalannealingonfollowing7a—transformationandresultantmechanicalpropertiesofcoldrolleddualphasesteels[J].ISIJInternational,2011,51(5):818--825.M00RED,MATLOCKDK,SPEERJG,etaLAustenitesta-bilizationthroughmanganeseenrichment[J].SeriptaMaterialia,—2011,64(2):185188.任勇强,谢振家,尚成嘉.低碳钢中残余奥氏体的调控及对力学—性能的影响[J].金属学报,2012,48(9):10741080.—RENYQ,XIEZJ,SHANGCJ.Regulationofretainedausteniteanditseffectonthemechanicalpropertiesoflowcarbonsteel—Eft].ActaMetallurgicaSinica,2O12,48(9):10741080.马少海,厉勇,王春旭,等.Q-p工艺下超高强度300M钢的单轴—拉伸规律规究[J].航空材料学报,2014,34(3):4247.MASH,LIY,WANGCX。eta1.Lawofuniaxialtensiletest——‘‘—ofultrahighstrength300Msteeltreatedbyquenchingpartiti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