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基于固态相变热力学条件中过冷度与形核速率之间关系,结合钢中马氏体相变随温度下降而连续转变的特点,将改善钢中马氏体(M)组织强韧性的“淬火+分配(Q&P—Quenching and Partitioning)”热处理工艺,引入到超级贝氏体(Super-bainite)组织制备工艺过程中。通过对超级贝氏体组织中残余奥氏体(AR)量及其含碳量的变化等,研究了在该工艺条件下超级贝氏体组织的形成、形态和力学性能,在对该过程热力学和动力学特点分析基础上,讨论了Q&P工艺对超级贝氏体组织转变的促进作用;同时检测了不同Q&P工艺下所得超级贝氏体组织的力学性能,优化了工艺参数。设计的Q&P热处理工艺为:将60Mn2Si Cr试验用钢试样在箱式电炉中900℃保温30min完全奥氏体化后,放入242℃盐浴炉中分别进行“淬火”处理3min与5min后,再经260℃盐浴炉中分别“等温分配”处理6h、8h和12h后取出空冷直至室温。对比试样的制备工艺为箱式电炉中加热900℃保温30min完全奥氏体化后,放入温度为260℃的盐浴炉中等温处理12h。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等仪器,结合JADE分析软件和公式等,对试样进行了显微组织形貌观察,相组成定性定量分析,各相分布状态分析和判定,断口形貌观察等;采用材料力学性能测试仪器设备(洛氏硬度计、显微硬度计、拉伸试验机、冲击试验机)对试样进行了硬度、强度、塑性和冲击韧性等力学性能的检测。分析和检测结果表明,60Mn2Si Cr钢经所制定的Q&P热处理工艺处理,可以得到由条束状贝氏体铁素体(BF)+分布于BF条束间的富碳薄膜状残余奥氏体构成的超级贝氏体组织;与常规等温热处理得到的超级贝氏体组织相比较,组织中残余奥氏体量有所下降,分别为5.29%和9.41%,AR中含碳量分别为1.64%和1.02%,由此判断Q&P工艺的施加对超级贝氏体组织转变有一定促进作用。此时,钢的主要力学性能指标为抗拉强度(σb)=2128MPa、断后伸长率(δ)=11.04%、冲击韧性(αk)=49.28J/cm2,具有良好的强韧性配合。上述结果产生的主要原因是,Q&P热处理工艺的实施增加了相变过冷度,促进了α相晶核的生成,细化了显微组织。其中贝氏体铁素体板条宽度可由原来300~400nm减少至200~250 nm左右;同时,过饱和α相在Q&P热处理工艺中的排碳作用也是重要原因之一,该过程属于上坡扩散,驱动力来自于C在γ相和α相的化学势之差(αCγC-(28)μμΔμ);通过对上述试验数据的综合分析,优化后的Q&P热处理工艺参数是,试验用钢900℃完全奥氏体化,保温30min后,在TQ=242℃、QT=5min、TP=260℃、PT=6h条件下处理。