淬火配分鋼中碳擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)及其對(duì)奧氏體穩(wěn)定性的影響項(xiàng)目摘要

淬火配分（Q&P）鋼是近年來發(fā)展起來的新一代汽車用高強(qiáng)度鋼，其優(yōu)異的性能來源于馬氏體和殘余奧氏體兩相組織的合理配比，而碳在Q&P處理過程中的擴(kuò)散行為直接影響殘余奧氏體的含量及穩(wěn)定性，進(jìn)而影響Q&P鋼的最終性能。典型Q&P鋼中碳的不同擴(kuò)散行為往往疊加在一起，使其動(dòng)力學(xué)研究變得很困難。本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)不同成分的Q&P鋼，其淬火溫度(Ms-Mf)位于室溫附近，使碳在淬火后升溫過程中的不同擴(kuò)散行為分離。采用內(nèi)耗等對(duì)碳的擴(kuò)散非常敏感的手段研究碳在淬火后升溫過程中的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，確定其在不同溫度范圍內(nèi)的擴(kuò)散行為，為配分工藝的制定提供指導(dǎo)；采用原位X射線衍射測量在配分過程中碳的擴(kuò)散行為，并結(jié)合掃描電鏡，高分辨率透射電鏡，原位拉伸同步輻射測量等手段研究碳擴(kuò)散對(duì)殘余奧氏體含量及其穩(wěn)定性的影響。碳的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究不僅能為Q&P鋼的最佳熱處理工藝制定提供理論依據(jù)，而且對(duì)Q&P鋼的組織和性能的設(shè)計(jì)及控制具有重要意義。

淬火配分（Q&P）鋼及δ-TRIP鋼是近年來發(fā)展起來的新一代汽車用高強(qiáng)度鋼，其優(yōu)異的性能來源于馬氏體/鐵素體和殘余奧氏體兩相組織的合理配比，而碳在熱處理過程中的擴(kuò)散行為直接影響殘余奧氏體的含量及穩(wěn)定性，進(jìn)而影響鋼的最終性能。典型Q&P鋼及TRIP中碳的不同擴(kuò)散行為往往疊加在一起，使其動(dòng)力學(xué)研究變得很困難。本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)不同成分的Q&P及TRIP鋼，設(shè)計(jì)不同的熱處理工藝，以及采用不同溫度下變形等手段，結(jié)合不同的表征手段研究碳在淬火后升溫過程中的不同擴(kuò)散行為以及對(duì)殘余奧氏體含量和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：在含15Mn的奧氏體單相TWIP鋼中，碳主要固溶于奧氏體基體，淬火態(tài)試樣在升溫過程中，300°C附近的內(nèi)耗峰表明該溫度下碳原子可在基體中擴(kuò)散并于位錯(cuò)交互作用，形成碳化物；在該鋼中加入稀土后快冷，并沒有觀察到稀土碳化物的析出，稀土元素和碳大部分固溶于奧氏體，細(xì)化奧氏體晶粒，促進(jìn)了細(xì)小二次孿晶的形成及孿晶數(shù)量的增加，使材料的強(qiáng)度和延伸率均有提高；碳在10Mn馬氏體/奧氏體雙相組織中的擴(kuò)散研究表明：淬火后經(jīng)200°C左右的配分和回火處理后，綜合力學(xué)性能最佳，歸因于在此溫度下配分回火，少量過渡性型碳化物析出，強(qiáng)化了基體，使材料的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均保持在較高水平，同時(shí)，由于在配分過程中，部分碳擴(kuò)散到了附近的殘余奧氏體中，使奧氏體穩(wěn)定下來，材料的延伸率也保持在較高水平；鐵素體/奧氏體兩相δ-TRIP鋼研究表明：熱軋組織沿軋向呈帶狀分布，第二相帶由母相奧氏體在不同熱軋卷取溫度形成不同的相變產(chǎn)物。冷軋δ-TRIP鋼退火板中殘余奧氏體在不同拉伸溫度下的相變行為表明：在150°C-450°C溫度區(qū)間拉伸時(shí)，首次觀察到了應(yīng)變誘發(fā)貝氏體相變的發(fā)生，從而導(dǎo)致在300°C具有最佳的強(qiáng)塑性。δ-trip鋼的變形機(jī)制隨著變形溫度的增加依次為：SIMT和TWIP→SIBT→GB。 碳的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究不僅能為Q&P鋼及δ-trip鋼的最佳熱處理工藝制定提供理論依據(jù)，而且對(duì)該類鋼種的組織和性能的設(shè)計(jì)及控制具有重要意義。

在淬火溫度下，奧氏體的固溶碳含量對(duì)鋼的韌性有很大的影響:奧氏體中固溶碳含量越高，則晶格中鐵原子間的結(jié)合力越小，斷裂強(qiáng)度越低，相變應(yīng)力變大，淬火馬氏體的形態(tài)取決于奧氏體中的含碳量，就輪箍鋼而言，奧氏體中的含碳量應(yīng)控制到<0.6 %，馬氏體的生成溫度不同，淬火后所得到的馬氏體形態(tài)也不同，較低溫度下進(jìn)行馬氏體變化容易得到板狀馬氏體 。

（1）提高淬火溫度可以逐漸減少中碳鋼淬火組織中片狀馬氏體的數(shù)量，獲得以板條馬氏體為主的組織。繼續(xù)提高淬火溫度，將會(huì)在板條馬氏體邊界形成明顯數(shù)量的薄片狀殘留奧氏體。

（2）在500℃回火1.5h 4h，并未改變淬火馬氏體的主要特征；片狀馬氏體的孿晶界上有滲碳體析出，但仍保留有孿晶亞結(jié)構(gòu)；板條狀馬氏體內(nèi)的魏氏組織形態(tài)的滲碳體正在溶解，板條邊界析出了短條狀的滲碳體。板條邊界殘留奧氏體在回火時(shí)的分解，促進(jìn)了滲碳體沿板條馬氏體邊界的連續(xù)析出，形成了連續(xù)分布的滲碳體薄片。

（3）適當(dāng)提高中碳鋼的淬火溫度，可以通過增加淬火組織中的板條馬氏體比例，來改善高溫回火狀態(tài)下的斷裂韌度。隨著板條馬氏體數(shù)量的增多，鋼在斷裂時(shí)表現(xiàn)出以塑性斷裂機(jī)制為主的斷裂特點(diǎn)。

（4）經(jīng)較高溫度淬火并回火后，由殘留奧氏體分解引起的沿馬氏體邊界連續(xù)分布的滲碳體，會(huì)大大損害鋼的斷裂韌度，造成一定的晶間斷裂傾向。

（5）延長500℃的回火時(shí)間，可以通過碳化物的球化及片狀馬氏體內(nèi)孿晶亞結(jié)構(gòu)的逐漸消除，提高淬火及高溫回火狀態(tài)下的斷裂韌度值，增大鋼在斷裂時(shí)塑性斷裂機(jī)制的比例，大大減小晶間斷裂的危險(xiǎn) 。