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一种最新研发的高强韧钢热处理工艺(Q-P-T)
发布者:admin  发布时间:2012-3-1 10:45:37  点击:824
    钢经热处理后保存残余奥氏体可以改善塑性和韧性。近年来国际上开发出的钢热处理工艺—淬火和分配(Q&P)处理,对含Si或Al等非碳化物形成元素的低碳钢经淬火至Ms-Mf间某个一定温度后,再在高于Ms的一定温度下停留一段时间,使碳由马氏体分配到残余奥氏体中使其稳定,以提高钢件的强、韧综合性能,为获得高强度高韧性钢件的生产起了很大的推动作用。应用Q&P处理,与传统的淬火-回火热处理相比,提高了钢中的最终残余奥氏体量,并因此在保持高强度的同时保证了良好的塑性和韧性,大大改善了钢的综合力学性能。
    在Q&P处理的理论模型中,关键要素是要抑制碳化物的析出。我国学者徐祖耀院士指出:Q&P热处理工艺存在自身的弱点,它没有挖掘析出强化的强化效应。为此,徐祖耀提出了淬火-分配-回火(Q-P-T)的热处理新思路,其目的是通过析出强化获得比Q&P钢强度更高的Q-P-T钢,同时仍具有良好的塑性。
    为使淬火钢具有更高的强度,这种淬火-碳分配-回火沉淀(Q-P-T)热处理的新工艺引入复杂碳化物沉淀强化机制,与Q&P工艺完全阻碍碳化物析出的思路不同,在Q-P-T钢中加入Nb、Mo、V等强碳化物形成元素,在Q-P-T的回火沉淀处理中使马氏体基体上析出非渗碳体型的复杂碳化物或特殊碳化物,以进一步增加钢的强度。
    为获得具有相当韧性、抗拉强度接近或超过2000MPa且价格较低廉的超高强度钢,徐祖耀提出的Q-P-T钢的成分(w%t)设计为:含0.5%C,添加1%~2%Mn或/和Ni以降低Ms并起固溶强化作用,添加1%~2%Si(或~1%Al)以阻碍渗碳体的析出;加入0.02%Nb或/和0.2%Mo,使奥氏体化时晶粒细化,回火时弥散析出碳化物。实验证明,这种钢经Q-P-T处理后强度和塑性的综合性能优于Q-P等工艺处理。徐祖耀对成分为0.485C-1.195Mn-1.185Si-0.98Ni-0.21Nb(质量分数,%)钢进行如下Q-P-T处理:850℃奥氏体化300s,淬火至95℃盐浴保温10s,再经400℃盐浴保温一定时间,进行碳分配及碳化物沉淀,然后水淬至室温。结果显示,经400℃保温10秒作碳分配处理后,抗拉强度达到2160MPa,断后伸长率达到11%。从已有资料来看,这可能是含碳量小于0.5%、保持相当塑性的最高强度级马氏体钢。实验揭示,因增加回火析出处理使复杂碳化物呈弥散分布析出,钢的抗拉强度比淬火态增高130MPa,显示出回火沉淀的强化作用。
    这种Q-P-T钢的显微组织具有以下特点:细薄纳米级的条状马氏体,包有相当厚度的残余奥氏体,以此为基体,析出细微的复杂碳化物,但不含渗碳体,并且其奥氏体晶粒充分细化。
    试验表明,Q-P-T钢的强度主要取决于马氏体基体的含量,而钢的塑性主要来自于马氏体条间的膜状残留奥氏体含量。Q-P-T钢中残留奥氏体含量的多少与淬火温度有着极其密切的关系,存在着一个最佳淬火温度。
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