组织遗传性对980MPa级IQ&P钢组织性能影响研究

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淬火-配分(Q&P)是Speer等人提出的一种生产第三代先进高强钢的新工艺方法。经过多年发展,基于此改进而来的“IQ&P”工艺,由于其更易于在普通连退线上实施作业,且所制备的高强钢具有更为优良的综合力学性能,而备受关注。目前,淬火配分(Q&P)钢的力学性能优化主要依赖于合金元素优化设计和配分工艺量化调控来实现。但对于初始显微组织结构所产生的遗传效应来调整最终显微组织和力学性能的研究较少。基于传统的C-Si-Mn成分体系,本文从材料显微组织的“基因遗传学”角度,研究了针状铁素体组织演变对980MPa级IQ&P钢组织与性能的影响规律,以揭示该高强钢的强韧化机理。以使对该钢的组织演变规律有更深入且全面的认识,指导普通连退线生产过程中对组织性能的调控,满足不同客户的个性化需求。主要研究内容和研究结论如下:(1)通过设定三个不同的卷取温度,对实验钢进行热轧轧制处理,以分别获得铁素体+马氏体、铁素体+贝氏体以及铁素体+珠光体的不同的初始轧态显微组织。随着卷取温度的升高,残余奥氏体的形态开始从薄膜转变为由薄膜和块状的混合形态。当卷取温度为550℃时,实验钢在最终淬火过程中可保留的奥氏体体积分数较大,体积分数为12.2%。(2)对卷取温度为550℃的实验钢进行IQ&P工艺热处理,并研究工艺参数中退火温度、淬火温度、配分温度以及配分时间对实验钢组织性能的影响,当退火温度为820℃,淬火温度为300℃,配分温度为350℃及配分时间为600s时,实验钢可获得良好的综合力学性能,即抗拉强度为1020MPa,屈服强度为659MPa,断后伸长率为19.5%。(3)对不同初始轧态组织的实验钢进行相同工艺参数的IQ&P处理,总体上随着卷取温度的升高,实验钢中残余奥氏体含量呈现先增加后减小的趋势。当卷取温度为550℃时实验钢残余奥氏体衍射峰最强,而350℃残余奥氏体衍射峰最弱,这说明在550℃时残余奥氏体含量达到最高值,其残余奥氏体体积分数最高,而且膜状形态的残余奥氏体以及适中的碳含量使得实验钢具有良好的强塑性匹配。当卷取温度为550℃与680℃的实验钢经IQ&P工艺处理后均可获得满足标准要求的力学性能,实验钢最终的力学性能由初始热轧组织与IQ&P工艺共同决定,可以根据用户的不同使用需求进行材料性能的个性化定制。(4)初始轧态组织,即组织遗传性会导致IQ&P钢中残余奥氏体中体积分数和碳含量的变化。同时,残余奥氏体的形态也将受到微观结构遗传效应的影响。当卷取温度为350℃时,获得的实验钢初始组织中马氏体以板条状为主,因冷却速度较快,碳元素及微量合金未完成扩散富集,马氏体中的碳含量相对较低;相比卷取温度较高的550℃与680℃的初始组织,贝氏体和珠光体中含碳量较高。而在IQ&P工艺下,有利于C元素的扩散和富集形成相对稳定的奥氏体组织,对于铁素体+贝氏体的初始组织,由于贝氏体的板条较细,碳元素扩散路径短,更易于扩散富集,因此获得了较高的残余奥氏体体积分数。对于铁素体+珠光体的初始组织来说,珠光体中碳含量最高,导致残余奥氏体中碳含量也最高。
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