高強塑積熱變形淬火碳分配鋼的研究.pdf

1、開發(fā)低成本、加工性能和服役性能優(yōu)良的高強度汽車鋼，是節(jié)能減排、又保持汽車安全性的有效途徑。因此，為開發(fā)具有超高強度、兼具良好塑性且成本低廉的高性能汽車鋼，本文提出兩種新型的鋼材熱變形可控淬火一體化處理方法：分別是熱成形-淬火碳分配（Hot Stamping-Quenching& Partitioning, HS-QP）工藝和形變誘導(dǎo)鐵素體相變-淬火碳分配（Deformation Induced Ferrite Transformatio

2、n-Quenching& Partitioning，DIFT-QP）工藝。通過該工藝獲得了高強度且具良好塑性的復(fù)相鋼，其性能滿足第三代汽車鋼高性能的要求。并利用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、熱膨脹儀和力學(xué)性能測試等多種方法研究了HS-QP和DIFT-QP先進(jìn)超高強塑積鋼的微觀組織與力學(xué)性能。本文的主要研究內(nèi)容及取得的結(jié)果如下：
　　首先，結(jié)合現(xiàn)有的研究結(jié)果，提出變形、相變和碳分配

3、同時實現(xiàn)的高強度鋼設(shè)計思想，即利用奧氏體區(qū)變形來細(xì)化組織，利用Q&P工藝實現(xiàn)對硬相馬氏體和軟相殘余奧氏體的調(diào)控。同時，提出了一種新型的鋼材熱變形可控淬火一體化處理方法：熱成形-淬火碳分配（HS-QP）工藝。HS-QP工藝包括：首先將鋼迅速加熱到奧氏體化溫度等溫一段時間進(jìn)行熱變形，使奧氏體晶粒細(xì)化。然后快速淬火到Ms和Mf之間某一淬火溫度，以獲得部分的過飽和馬氏體和未發(fā)生馬氏體相變的奧氏體。之后在特定淬火溫度等溫一段時間，使碳由馬氏體向殘

4、余奧氏體分配，此時馬氏體中的碳含量下降，奧氏體中的碳含量升高，從而使殘余奧氏體富碳且能夠穩(wěn)定至室溫。最后淬火到室溫以獲得細(xì)化的馬氏體和殘余奧氏體復(fù)相組織。通過合理的工藝參數(shù)設(shè)計，低碳硼鋼（0.22C-1.58Mn-0.81Si-0.022Ti-0.0024B）經(jīng)過HS-QP處理后，其延伸率達(dá)到14％以上，抗拉強度達(dá)1500MPa以上，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。與僅用熱成形工藝處理的性能相比，其強塑積可以從11000MPa%提高到22000MPa%

5、。其微觀組織主要是細(xì)化了的馬氏體和殘余奧氏體所組成的納米級雙相復(fù)合組織。殘余奧氏體厚度在20~40nm之間，馬氏體板條厚度在100~200nm之間。
　　其次，把形變誘導(dǎo)鐵素體相變（DIFT）的細(xì)化晶粒技術(shù)引入 Q&P處理工藝當(dāng)中，提出了一種新型的熱處理方法：形變誘導(dǎo)鐵素體相變-淬火碳分配（DIFT-QP）工藝，利用形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)來細(xì)化晶粒并獲得鐵素體，利用Q&P工藝使鋼發(fā)生相變且進(jìn)行碳分配來實現(xiàn)對硬相馬氏體和軟相殘余奧氏

6、體的調(diào)控。DIFT-QP處理工藝包括：首先將鋼迅速加熱到奧氏體化溫度等溫一段時間；然后快速冷卻到臨界溫度附近，在此溫度附近進(jìn)行形變誘導(dǎo)相變，使得晶粒細(xì)化且生成形變誘導(dǎo)鐵素體；之后再淬火到一個特定淬火溫度（Ms~Mf），以獲得馬氏體和殘余奧氏體組織；然后在此溫度保溫一段時間實現(xiàn)碳分配，使碳原子從過飽和馬氏體到未轉(zhuǎn)變奧氏體充分?jǐn)U散以穩(wěn)定奧氏體，高密度位錯為碳原子提供有利的擴(kuò)散通道。最后再淬火到室溫，獲得細(xì)板條位錯型馬氏體+細(xì)薄殘余奧氏體+形

7、變誘導(dǎo)鐵素體的復(fù)相組織。低碳硼鋼（0.22C-1.58Mn-0.81Si-0.022Ti-0.0024B）經(jīng)過合適的DIFT-QP處理，其抗拉強度達(dá)1700MPa，屈服強度超過900MPa，延伸率在15%以上，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，其微觀組織為細(xì)板條位錯型馬氏體+細(xì)薄殘余奧氏體+形變誘導(dǎo)鐵素體的復(fù)相組織。并初步討論了DIFT-QP處理過程中細(xì)化復(fù)相組織的演化規(guī)律，對DIFT-QP工藝處理過程中的馬氏體形成機制進(jìn)行了分析。
　　最后，提出

8、了HS-QP工藝獲得的細(xì)化復(fù)相組織演化模型，其演變過程為：應(yīng)變初期，位錯晶體學(xué)滑移而形成多種組態(tài)的小角位錯界面，即亞晶界，包括變形帶和位錯墻等，大角度晶界的遷移性較高，原始晶界在應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲，奧氏體會形成不穩(wěn)定的伸長的組織單元和亞晶。隨著應(yīng)變的增加，位錯界面取向差增大并轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機取向界面，當(dāng)累積應(yīng)變達(dá)到一定程度后，這些亞晶會發(fā)生斷裂，最終導(dǎo)致細(xì)晶粒的形成。形變奧氏體中的位錯為隨后 Q&P處理時形成的馬氏體所繼承，馬氏體轉(zhuǎn)變的形核和