|
合金钢淬火-配分工艺研究进展 司志旺，符寒光 (北京工业大学材料科学与工程学院， 北京 100124) 随着国内冶金、机械等领域的不断发展，对钢铁材料性能的要求越来越严格，汽车用钢不仅要求减重而且要有足够高的抗冲击性能保证汽车安全性，耐磨材料不仅要保证硬度还要有良好的韧性。合金钢淬火-配分(quenching and partitioning，简称Q&P)工艺是由美国Speer J G教授在2003年受Trip钢启发提出的，最终目的是在硬相基体上获得一定量的软相残余奥氏体，从而提高钢的塑韧性，马氏体、贝氏体保证了强度，残余奥氏体可以提高韧性，两相结合拥有良好的综合力学性能。和传统工艺淬火-回火(QT)抑制碳化物析出不同，钢中的碳没有分解为碳化物，而是在保温过程中重新扩散至奥氏体，提高了奥氏体的稳定性。Q&P钢具有成本低、性能好、工艺相对简单等特点，最初应用到汽车高强钢上，可以很大程度减轻汽车的质量、提高防撞能力、减小变形程度；陆续有研究者将Q&P工艺应用到耐磨材料上，发现可以在耐磨性损失很小或者不损失的情况下大幅度提高韧性。为了进一步提高性能，国内外许多学者做了大量的研究，在Q&P热处理工艺优化方面，发现奥氏体化温度、淬火工艺、配分工艺等参数对Q&P钢组织和性能都有较大影响；在合金元素调控方面，不仅C、Mn、Si等常规合金元素对Q&P钢的性能有重要的影响，Nb、Mo等微合金元素也对Q&P钢组织和性能有较大的影响。主要阐述了Q&P工艺的发展、国内外的研究现状以及Q&P工艺的应用，最后对Q&P工艺未来的发展进行了展望和总结。 合金钢淬火-配分(quenching and partitioning，简称Q&P)工艺是将钢材加热到一定温度保温一段时间，使之完全奥氏体化或部分奥氏体化，然后快速冷却至Ms(马氏体转变的起始温度)~Mf(马氏体转变的结束温度)某一温度(淬火终止温度)，获得一定量的马氏体和残余奥氏体，之后在此温度或高于Ms温度(配分温度)保温一段时间，因为面心立方的奥氏体比体心立方的马氏体具有更高的碳溶解度，过饱和的马氏体相中的碳原子会向奥氏体相扩散，使碳原子在奥氏体中富集以获得稳定的残余奥氏体。室温下Q&P钢的组织由马氏体和残余奥氏体组成，马氏体可以提供良好的强硬度，富碳奥氏体具有很好的塑韧性，并且在形变时会发生TRIP效应进一步提高强度，两相结合可以获得良好的综合力学性能。Q&P工艺跟传统热处理淬火-回火(QT)工艺相比，钢中的碳没有从马氏体中分解为碳化物，而是在保温过程中重新扩散至奥氏体，提高了奥氏体的稳定性，在强度损失很小的情况下，大幅提高了塑韧性。另外，Q&P钢主要是以Fe-Si-Mn钢为基础，添加合金元素较少，生产成本低，加工工艺相对简单。自Q&P工艺问世以来，国内外许多专家学者已经对这一工艺进行了研究，取得了一系列的成果。本文对Q&P工艺的发展以及研究现状进行简要的阐述，旨在为今后实践探索和工业生产提供理论支持。
随着国内汽车、冶金、矿山、机械等行业的不断发展，对钢铁材料性能的要求越来越严格，汽车用钢不仅要求减重而且要有足够高的抗冲击性能保证安全性，耐磨材料不仅要保证强硬度也要有良好的韧性。Q&P工艺自2003年问世以来，就以成本低、工艺相对简单、制备的Q&P钢塑韧性优良等特点受到了广泛的关注和研究，目前已开发出了Q-P-T(配分+回火工艺)、I-Q&P、S-Q&P(分级淬火+配分工艺)、Q-Q&P(预淬火+配分工艺)等工艺，尤其是Q-P-T工艺已经得到了广泛的认可和应用。Q&P钢作为第三代高强钢，以后可能成为汽车用钢的主流材料，在耐磨材料和其他领域中得到广泛应用，笔者对这种新型工艺有几点展望。(1)将计算机模拟技术与Q&P结合起来，探究碳原子的扩散机制、Q-P-T中碳化物的形成和细化机制、以及热轧状态下的变形规律等。(2)目前对于Q&P钢的大规模生产和应用还主要集中在汽车用薄板上，Q&P耐磨钢生产还比较少，而且目前国内现有的退火炉设计均没有考虑Q&P钢的生产，退火炉生产流程已经固定化，少数厂家对Q&P钢的工业化试生产也只进行了大幅度的简化，并没有将 Q&P 钢的最大特点充分发挥出来。因此尽快开发完全适用于Q&P处理的设备和生产线是非常必要的。(3)在Q&P处理过程中碳除了要从马氏体配分到奥氏体中，还存在生成碳化物、贝氏体转变、二次马氏体相变等多种形式，对碳元素的扩散机理还应该有更深入的研究，对不同碳含量钢的配分定量化、如何提高碳配分的效率是一个亟待解决的问题。(4)对于Q&P处理钢中合金元素的作用还没有完全被探究，并且多种合金元素协同作用的报道较少，当下的重点之一是利用合金元素和热处理工艺调控奥氏体的数量、奥氏体形状、奥氏体碳含量以及与马氏体等相的配合，以获得最优的综合力学性能。司志旺, 符寒光. 合金钢淬火-配分工艺研究进展[J]. 钢铁, 2022, 57(6): 120-131. SI Zhi-wang, FU Han-guang. Research progress of quenching and partitioning process for alloy steel[J]. Iron and Steel, 2022, 57(6): 120-131.http://www./Jweb_gt/CN/Y2022/V57/I6/120
|
