高碳QPT鋼的組織演變與力學性能.pdf

1、減少環(huán)境污染,提高資源利用率,減輕大重型設(shè)備自重和增加設(shè)備安全性等社會需求,使發(fā)展具有優(yōu)良強度、塑性和韌性匹配的超高強鋼成為必然趨勢。QPT(淬火-碳分配-回火)作為生產(chǎn)高強度、高塑性、高韌性超高強鋼的熱處理工藝,是運用淬火、回火碳分配和回火析出碳化物等熱處理方法,使鋼中組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體、殘留奧氏體和碳化物。在QPT工藝中,可以通過調(diào)節(jié)殘留奧氏體和馬氏體的含量,以及調(diào)控碳化物的析出,得到具有較好塑性和韌性的超高強鋼。當回火碳分配和回火析

2、出碳化物同時進行時,稱之為一步法QPT;分開進行時,稱之為兩步法QPT。
　　 本文詳細介紹了Speer等人提出的CCE模型、CCE模型和實驗的聯(lián)系與區(qū)別、碳擴散、碳化物析出、界面移動、TRIP效應和位錯移動等,同時還介紹了熱處理過程中淬火溫度、回火溫度和回火時間等幾個關(guān)鍵因素對組織和性能的影響以及影響機理。
　　 本文研究了不同淬火溫度和回火時間的QPT工藝對成分為Fe-0.824C-1.50Si-1.79Mn0.22

3、Mo-0.90Cr-1.12Co-0.94A1-0.13Nb(wt.％)鋼的組織和性能的影響,結(jié)合JMatPro和CCE模型的計算結(jié)果,設(shè)計了QPT工藝:水淬溫度為5℃、50℃和100℃,450℃回火60-5400s,水淬至室溫。結(jié)果顯示:5℃、50℃和100℃水淬鋼中奧氏體含量分別為0.06%、5.46%和30.34%。在50℃和100℃淬火時,因冷卻速度較慢,在淬火過程中形成了碳化物,使三個溫度淬火的鋼,雖然馬氏體含量相差較大,但硬

4、度相當。在450℃回火過程中,50℃和100℃淬火的鋼,淬火時形成的碳化物在回火120s內(nèi)溶解,以及馬氏體脫碳,導致鋼的硬度值急劇降低(降低約200 HV1);回火時間在120-3600s之間時,新的碳化物逐漸析出并長大,鋼的硬度逐漸上升;當回火時間超過3600s,碳化物開始粗化,析出強化效果降低,鋼的硬度逐漸降低。5℃淬火的鋼,組織基本為全馬氏體,回火過程中馬氏體分解和脫碳的影響超過了碳化物析出強化的影響,使鋼的硬度隨回火時間延長而逐

5、漸降低。
　　 本文還研究了一步法QPT和兩步法QPT對成分為Fe-0.95C-0.91Si-1.30Mn-2.3Cr0.99Mo-0.17Ti(wt.%)鋼的組織和性能的影響,結(jié)合JMatPro計算結(jié)果,設(shè)計了一步法和兩步法QPT實驗。其中一步法QPT的工藝參數(shù)為:淬火溫度-2℃,450℃回火300s和1800s。兩步法QPT的工藝參數(shù)為:淬火溫度為-2℃,在250℃和300℃碳分配120s和5400s,450℃回火300s和

6、1800s。結(jié)果顯示:在實驗所在溫度和時間范圍內(nèi):低溫長時間和高溫短時間碳分配鋼中奧氏體在450℃回火過程中沒發(fā)生明顯的分解,而低溫短時間和高溫長時間碳分配鋼中奧氏體在450℃回火過程中發(fā)生一定的分解。高溫短時間碳分配的鋼,在450℃回火過程中具有最好的析出強化效果,而低溫長時間碳分配的鋼在450℃回火過程中沒有明顯的析出強化現(xiàn)象。在一步法QPT和兩步法QPT的對比研究中發(fā)現(xiàn):一步法QPT中的奧氏體在450℃回火1800s發(fā)生明顯的分解