{首页主词},&

TMCP和QT對超高強鋼組織和性能的影響

2020-02-20 14:12:48 作者：WORLD METALS 來源：世界金屬導報分享至：

1 前言

近幾十年來，兼具超高強度以及良好的韌性和焊接性的高強度低合金鋼（HSLA）被廣泛應用于汽車和結構部件。且隨著市場對生產靈活性、可循環性以及經濟和環保性要求的提高，對低碳超高強鋼的發展要求也相應提高。有很多促進高強鋼發展的技術。第一，低成本且簡單的工藝是提高HSLA鋼中的碳含量，通過提高淬透性和固溶強化來滿足上述要求，但缺點是碳化物的析出會降低鋼的塑性和焊接性。第二，通過添加Cu、Ni、Mn、Cr和Mo等微合金元素來提高塑性和焊接性的同時增加強度。第三，通過多種熱處理手段提高HSLA鋼的機械性能，如亞溫貝氏體處理（IBT）、淬火和回火（QT）以及淬火和配分（QP）處理等。第四，熱機械控制工藝（TMCP）。

近幾十年來，QT是典型的用于獲得綜合性能極好機械部件的熱處理方法，如將超高強度和優良韌性的含Mn、Mo和Cr等微合金的中低碳鋼，廣泛應用于齒輪、螺栓、連桿、軸承、起重機和推土機等。然而，要獲得與QT熱處理低碳微合金超高強鋼相當的綜合性能，恰當的合金選擇和TMCP工藝是最基本的方法。

因此，本研究通過兩種途徑開發了一種具有滿意的強度和塑性的低碳微合金鋼。首先一種是采用TMCP工藝后進行空冷（AC）和水淬（WQ）。另一種是采用傳統的熱軋（HR）工藝，然后實施QT工藝。研究人員深入地研究了TMCP和HR-QT工藝下鋼的微觀組織和機械性能，并進行了對比。

2 材料和方法

采用空氣感應熔煉、鍛造工藝制備了低碳微合金鋼。試樣化學成分見表1。將試樣分成兩組，分別進行TMCP-AC-WQ工藝和HR-QT工藝。兩種工藝的實施情況見圖1。在未再結晶溫度（TNR）下施加較高的變形量（>50%），以確保較高的奧氏體形變量。所有TMCP和熱處理樣品都通過光學顯微鏡（OM）和透射電鏡（TEM）進行分析，硬度和拉伸試驗分別采用通用硬度計（Innovatest Verzus-750CCD）和Instron 8801試驗機（室溫）進行，載荷為30kg，停留時間為20s。

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

3 結果與分析

3.1顯微組織演變

從光學顯微鏡下觀察TMCP-AC、TMCP-WQ以及HR-QT-AC試樣的顯微組織發現。TMCP-AC試樣顯示了更高的貝氏體數量，原因是貝氏體的淬透性高，這是通過合金設計來實現的。TMCP-WQ試樣顯示了更低的貝氏體數量和更高的馬氏體數量，因為在較高的WQ速度下馬氏體數量會增加。HR-QT-AC工藝處理的試樣顯示了淬火馬氏體和回火馬氏體。顯然，兩種TMCP鋼的顯微組織演變幾乎相似。但HR-QT-AC鋼顯示的只有馬氏體。平均晶粒尺寸的減小依次為TMCP-AC、TMCP-WQ和HR-QT-AC試樣。

利用透射電鏡對三種工藝試樣的顯微組織結構明場電子圖像進行分析，結果顯示，TMCP-AC工藝處理的試樣主要顯示了低貝氏體和板條狀馬氏體，貝氏體通常表現為富含位錯的滲碳體和板條鐵素體的集合體。TMCP-WQ工藝處理試樣顯示的主要為馬氏體和低貝氏體，位錯密度高。HR-QT-AC工藝處理試樣顯示了板條馬氏體和回火板條馬氏體，相鄰的板條限制了馬氏體的生長。這種應變調整增加了殘余應力同時提高了強度。事實證明，TMCP-WQ工藝得到的板條組織尺寸更精細，相對于其他兩種工藝途徑能獲得更高的強度。

3.2機械性能

表2和圖2顯示了鋼板試樣的機械性能和拉伸曲線。所有曲線都具有連續屈服特性，原因是無珠光體結構，這與顯微組織的演變相一致，曲線的性質也符合表2中的均勻延伸率（UEL）。證明了TMCP-AC工藝下的試樣具有最佳機械性能組合，雖然TMCP-WQ試樣具有高達1430MPa的屈服強度、1740MPa的極限抗拉強度以及501HV的硬度，但是AC條件的屈強比低于WQ條件。同樣值得注意的是，TMCP-AC試樣的均勻延伸率5.62%和總延伸率（TEL）15.03%高于另外兩種試樣。由于水淬過程中馬氏體的形成量較大，WQ試樣的抗拉強度和延伸率均高于AC試樣。然而，HR-QT-AC試樣由于淬火馬氏體和回火馬氏體的混合組織，并沒有獲得最高的屈服強度（為1122MPa）、極限抗拉強度（為1200MPa）和硬度（為452HV），但顯示出比TMCP-WQ試樣更高的UEL和TEL。WQ試樣具有較高的強度和良好的塑性，原因是板條馬氏體、高位錯密度和位錯沉淀的相互作用。用TMCP-AC處理的試樣顯示出更高的強度和延展性組合，這與在TMCP過程中實現的晶粒/板條細化有關。

4 總結

本文為使新型低碳微合金超高強度鋼獲得優異的力學性能，采用兩種不同的冷卻方式（AC和WQ）進行TMCP處理，并進行調質熱處理。

1）不同工藝生產的試樣幾乎都顯示出相似的光學顯微照片，包括TMCP加工試樣的貝氏體和馬氏體以及HR-QT-AC加工試樣的淬火馬氏體和回火馬氏體。

2）TMCP-AC試樣比TMCP-WQ試樣出現更多貝氏體組織，而且相對于TMCP-WQ和HR-QT-AC試樣的板條尺寸更小。

3）TMCP-WQ試樣組織板條間存在細小的馬氏體，證實了與其他試樣相比，其極限抗拉強度最高。

4）與HR-QT-AC工藝相比，TMCP工藝方案的選擇使鋼板在力學性能方面獲得了更優越的組合。

免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。