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低碳硅锰系Q&P钢增塑机制及组织性能低碳硅锰系Q&P钢增塑机制及组织性能—LowCarbonSiMnQ&PSteelPlasticityEnhancementMechanismsandMicrostructureProperty陈连生,赵远,田亚强,宋进英,魏英立,杨栋(河北联合大学河北省现代冶金技术重点实验室,河北唐山063009)———CHENLiansheng,ZHAOYuan,TIANYaqiang,SONGJinying,WEIYing-li。YANGDong(HebeiKeyLaboratoryofModernMetallurgyTechnology,HebeiUnitedUniversity,Tangshan063009,Hebei,China)摘要:采用双相区保温一淬火一配分工艺对低碳硅锰钢进行处理,通过场发射扫描电镜、x射线衍射仪和拉伸实验等对该Q&P钢增塑机制及其组织性能进行研究。结果表明:实验用钢经双相区保温一淬火一配分处理后,综合力学性能优于传统Q&P钢;双相区合理的保温时间可以减少室温组织中二次淬火马氏体含量,以保证更好的塑性;实验用钢经Q&P工艺处理后室温残余奥氏体含量为4.9,而经双相区保温一淬火一配分处理时,随着双相区保温时间的延长,室温残余奥氏℃体含量呈先增加后减少的趋势,在双相区720保温1500s再经Q8LP处理后残余奥氏体含量达到最大值7.3,综合力学性能最佳。关键词:Q&P钢;残余奥氏体;Mn配分;力学性能;强塑积—doi:10.11868/j.issn.10014381.2014.06.002中图分类号:TG156.1;TG115.21文献标识码:A——文章编号:10014381(2014)06-000506————Abstract:LowcarbonSiMnsteelwasprocessedthroughintercritiealinsulationquenchingpartitioning.TheplasticityenhancementmechanismsandorganizationalperformanceoftheQ&Psteelwere—studiedbymeansoffieldemissionscanningelectronmicroscopy,Xraydiffractionandtensiletests.———Theresultsshowthatafterintercriticalinsulationquenchingpartitioning。thesteeldemonstratesSUperiorcomprehensivemechanicalpropertytotraditionalQ&Pstee1.Reasonableintercriticalinsulationtimecanreducethesecondaryquenchingmartensitecontentintheorganization,SOastoensurebetter—plasticity.Thecontentofretainedausteniteinthesteelis4.9afterQ&Pprocessing.Withtheextensionoftheintercritica1insulationtime。thecontentofretainedausteniteinthesteelfirstincreases——andthendecreasesafterintercriticalinsulation-quenchingpartitioning.Whenthesteelisintercriticall℃lyinsulatedat720for1500s,andisthenquenchedandpartitioned,thecontentofretainedausteniteinthesteelreachesthemaximum7.39/6,andthecomprehensivemechanicalpropertyofthesteelisthebest.Keywords:Q&Psteel;retainedaustenite;Mnpartitioning;mechanicalproperty;productofstrengthandelongationQ ̄P(QuenchingandPartitioning)[1]钢是一种高强度先进汽车用钢,其室温组织主要由贫碳的板条状马氏体和富碳的残余奥氏体组成,在保证较高强度的同时兼具良好的塑韧性。通常Q&P钢为了获得较多的残余奥氏体,碳含量要求在0.39/6~0.59/5[4],而为了保证钢的塑韧性和可焊性,钢中碳含量又必须要求控制在较低水平。因此,Q&P钢的增塑机制问题[6逐渐成为目前研究的重点。近年来,国外学者L81]研究发现,在临界区进行退火时,锰元素向奥氏体的扩散对提高奥氏体的稳定性起到了一定的作用,而Lee等[1]的研究结果也表明了锰元素可以在双相区退火时向奥氏体中短程富集,提高奥氏体的稳定性。6材料工程/2014年6期因此,本工作以低碳硅锰钢材料为研究对象,将材料加热至双相区后保温,使双相区中锰元素向奥氏体中充分扩散,再通过淬火一配分(Q&P)处理,最终得到马氏体和富锰的残余奥氏体组织,研究结果表明,该方法有效地提高了Q&P钢中残余奥氏体含量,改善了Q&P钢的力学性能。1实验材料和方法实验用钢采用50kg真空熔炼炉冶炼,其化学成℃℃分如表1所示,实验用钢的A。一844,A一718,℃Ms一345。将冶炼后钢锭锻造并剪切成50ram×50mmX100mm方坯,先热轧至3.5mm厚,再经5道次冷轧至1.5mm厚。(a)c3c1MM(图1为两种不同的热处理工艺流程图。由图1(a)可见,对实验用钢进行Q&P工艺处理时,先将其℃加热到奥氏体化温度AT=930并保温120s,使之完全奥氏体化,然后采用盐浴淬火使其快速冷却到~℃M之间的温度QT一220并保温15s,随后升温到℃QT以上的某一温度PT=400并保温90s进行碳配分,最终水淬至室温。图1(b)为双相区保温+QP℃处理工艺流程图。先将实验用钢加热到双相区720(b)c3c1Mt/St/s图1不同热处理工艺流程图(a)Q&P工艺;(b)双相区保温+Q&P工艺Fig.1Differentheattreatmentprocessflowdiagram(a)Q&Pprocess(b)intercriticalinsulation+Q&Pprocess℃和760分别保温300,600,1000,1300,1500,2000s,使铁素体中C和Mn元素向奥氏体中充分扩散,然后升温至奥氏体化温度,之后工艺与图1(a)相同。试样经热处理后由线切割按照国标GB/T228--2002口。]切取拉伸试样,在WBW一600B液压万能试验机上进行拉伸实验;从拉伸试样的夹持端切取样品,经—过研磨、抛光和49/6硝酸酒精浸蚀后,由Axiovert200MAT光学显微镜(OM)和S一4800场发扫描电镜(SEM)进行显微组织观察及分析;利用D/—MAX25OOPcX射线衍射仪(XRD)分析钢中残余奥氏体,扫描角度为6O~100。,参照国标GB8362--87并利用直接比较法E¨对残余奥氏体含量进行计算,即先求出钢中马氏体(a)和奥氏体(7)两相的相关系数和C,之后通过公式(1)求得残余奥氏体的体积分数:V一丽1(1)H式中:I和I为马氏体峰和奥氏体峰对应的积分强度,分别选取奥氏体的(220),(200),(311)和马氏体的(211),(220)峰组合配对,之后取平均值。2实验结果与分析2.1不同工艺处理后钢的力学性能分析表2给出了经Q&P工艺与双相区保温+QP工艺处理后钢的力学性能。采用QP工艺方法,实验用钢的抗拉强度为1340MPa,伸长率为15.5,强塑积达到了20770MPa・%,虽然实验用钢降低了碳含量,但通过Q&P工艺处理后,仍然满足Q&P钢的力学性能要求。采用双相区保温+Q&P工艺方法,℃在双相区720保温并经Q8LP处理后,实验用钢的抗拉强度呈先降低后升高的趋势,伸长率则先升高后降低,强塑积在双相区保温1500s时达到了最大℃28892MPa・;而在双相区76O保温并经QP处理后,实验用钢的抗拉强度先降低后升高,当保温时间延长至2000s时,抗拉强度再一次降低,而伸长率则呈先升高后降低的趋势,强塑积在双相区保温1300s时达到了最大27200MPa・。可见经双相区保温+%m一;I罾一分.叭一量一l篓质h分一成l詈.耋一i学∞一B一化一的叫一一—钢ml卜∞用一一实一一C一一81-V一.÷1O材料工程/2014年6期—newAHSSconceptforautomotiveantiintrusionapplications[J].—SteelResearchInt,2006,77(9一i0):634640.[4]王存宇,时捷,曹文全,等.含碳量对淬火一配分一回火工艺处理钢力—学性能的影响口].热加工工艺,2011,40(22):158163.——WANGCunyu,SHIJie,CA0Wenquan,eta1.Effectofcarbon—contentonmechanicalpropertiesofsteeltreatedbyquenching—partitioningtemperingprocess[J].HotWorkingTechnology,—2011,4O(22):158163.[5]庄宝潼,唐获,江海涛,等.汽车用高强度Q&P钢的组织与力学性能[J].北京科技大学学报,2012,34(4):390~396.———ZHUANGBaotong,TANGDi,JIANGHaitao,eta1.MicrostructureandmechanicalpropertiesofhighstrengthQ&Psteel—forautomobiles[J].JournalofUniversityofScienceandTechnol—ogyBeijing,2012,34(4):390396.—[6]SALEHMH,PRIETNERR.Retainedausteniteindualphasesiliconsteelsanditseffectonmechanicalproperties[J].MaterialProcessingTechnology,2001,113(3):587~593.[7]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.RENYong-qiang,XIEZhen-jia,SHANGCheng-jia.Regulationofretainedausteniteanditseffectonthemechanicalpropertiesoflowcarbonsteel[J].ActaMetallurgicaSinica,2012,48(9):—10741080.[83TOJIY,YAMAsHITAT,NAKAJIMAK,eta1.EffectofMn—’—partitioningduringintercriticalannealingonfollowingatrans—formationandresultantmechanicalpropertiesofcoldrolleddualphasesteels[J].ISIJInternational,2011,51(5):818--825.[93LEESJ,LEES,DECOOMANBC.Mnpartitioningduringthe——intercriticalannealingofultrafinegrained6Mntransformationinducedplasticitysteel[J].ScriptaMaterialia,2011,64(7):649—652.—[1o]SUNS,PUGHM.Manganesepartitioningindualphasesteelduringannealing[J].MaterialsScienceandEngineering:A,——2000,276(12):167174.[11]MOORED,MATLOCKDK,SPEERJG,eta1.Austenite—stabilizationthroughmanganeseenrichment[J].ScriptaMateri—alia,2011,64(2):185188.—[12]LEES,LEESJ,DECOOMANBC.Austenitestabilityoful——trafine-grainedtransformation-inducedplasticitysteelwithMn—partitioningrJ].ScriptaMaterialia,2011,64(3),225228.[-13]GB/T228--2002,金属材料室温拉伸试验方法Is].[14]范雄.金属x射线学[M].北京:机械工业出版社,1989.—1-15]钟宁.高强度Q&P钢和Q-PT钢的研究[D].上海:上海交通大学博士学位论文,2009.[16]王存宇,时捷,曹文全,等.Q&P工艺处理低碳CrNiSSi2MoV钢—中马氏体的研究I-J].金属学报,2011,47(6):720726.——WANGCunyu,SHIJie,CAOWenquan,eta1.Studyonthemarten.siteinlowcarbonCrNi3Si2MoVsteeltreatedbyQ8LP—process[J].ActaMetallurgicaSinica,2011,47(6):720726.基金项目:国家自然科学基金资助项目(51254004);河北省自然科学基金资助项目(E20142O9191);河北省教育厅资助科研项目(YQ2013003)——收稿日期:201305~18;修订日期:201309-15作者简介:陈连生(1968一),男,教授,博士,主要从事金属材料及塑性成形工艺研究,联系地址:河jE省唐山市河北联合大学科学技术处—(063009),Email:kyc@heuu.edu.cn米米米米米米柴米米米米米米米米米米米栗米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米(上接第4页)[6]SEIDELTU,REYNOLDSAP.VisualizationofthematerialflowinAA2195friction-stirweldsusingamarkerinserttechnique[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,2001,32(11):—28792884.[73柯黎明,潘际銮,邢丽,等.搅拌摩擦焊焊缝金属塑性流动的抽—吸一挤压理论[J].机械工程学报,2009,45(4):8994.KELM,PANJL,XINGL,eta1.Sucking-extrudingtheoryfor—thematerialflowinginfrictionstirwelding[J].JournalofMe—chanicalEngineering,2009,45(4):8994.[8]张武,柯黎明,邢丽.搅拌摩擦焊焊缝横截面塑性材料迁移行为—分析[J].材料工程,2008,(2):6266.—ZHANGW,KELM,XINGL.Investigationofthecrosssec—tiontransferofplasticizedmaterialsinfrictionstirweldingforalu—minumalloy[J].JournalofMaterialsEngineering,2008,(2):6266.r9]NANDANR,ROYGG,DEBRoYT.Numericalsimulationofthree-dimensionalheattransferandplasticflowduringfrictionstirwelding口].MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,2006,—37(4):12471259.—r10]xUS,DENGX,REYNOLDSAP,eta1.Fi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