热处理工艺对超高强度贝氏体钢组织和性能的影响

摘要

本文根据超高强度钢的设计思想,结合低温贝氏体转变工艺和淬火-碳分配-回火(Q-P-T)热处理工艺,设计研究了高Mn和高Cr中碳超高强度钢。利用光学金相显微镜、扫描电镜、维氏硬度仪、X-射线衍射分析等方法研究了低温贝氏体钢和Q-P-T钢的显微组织、硬度、残余奥氏体的体积分数以及残余奥氏体碳含量,揭示了这两种工艺具有高强度的原因。
　　 在200℃和250℃的低温贝氏体转变区域,经长时间等温可以获得纳米级贝氏体以及富碳的残余奥氏体组织。高Mn钢在200℃等温10天后硬度达620HV1,高Cr钢在200℃等温12天后硬度达631HV1,在200℃下等温比250℃下等温硬度值高50HV1左右。在低温转变下,奥氏体的强度和大的驱动力可以显著细化贝氏体铁素体板条。X-射线衍射分析表明,低温贝氏体转变是一个不完全反应。富碳的残余奥氏体中,碳含量高于理论的To'相界。
　　 低温贝氏体在2008℃至400℃温度进行回火,对低温贝氏体钢的回火抗性和碳化物析出行为进行了研究。显微组织观察和硬度测试表明,高Mn钢、高Cr钢在200℃至400℃回火时回火抗性较差。经过回火后,钢样硬度均比未回火时低,两种钢硬度值均下降了60HV1左右,残余奥氏体含量也比未回火时少。
　　 在不同淬火温度、不同碳分配回火时间处理下的Q-P-T钢,其组织为板条马氏体、富碳残余奥氏体和碳化物。经显微组织观察和力学性能测试表明,高Mn钢在130℃油淬比在其它温度油淬硬度值要高,其值为544HV1,高Cr钢在130℃至190℃油淬硬度几乎没有变化,其值为535HV1;在100℃水淬,高Mn钢硬度达627HV1,高Cr钢硬度达604HV1,且随着碳分配时间的延长硬度下降,对应组织中残余奥氏体含量较少。碳分配回火60s达到较高硬度。