淬火-碳分配-回火NB-Cu复合中碳钢的组织与性能研究

摘要

钢铁产业是一个国家的经济基础,在作为一个国家经济发展引擎的同时,它也是二氧化碳的主要生产者之一。到2010年为止,世界各地的钢产量已达到约13亿吨。为了节约能源,减少环境污染,这就迫切需要我们发展高强度钢,从而达到交通,机械以及设备轻量化的目的。徐祖耀先生提出的一种热处理新工艺,淬火-碳分配一回火(Q-P-T),能够获得强塑性相匹配的高强度钢。
　　 在本文中,为了研究化学成分,碳分配一回火时间对淬火一碳分配一回火(Q-P-T)钢组织和显微硬度的影响,我们对不含Nb+Cu,含Nb,以及含Nb+Cu的三种中碳钢进行了淬火-碳分配-回火处理。为了研究淬火温度对试验钢组织和显微硬度的影响,在100和210℃两种不同的淬火温度下对含Nb+Cu钢进行了研究。通过光学显微镜,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射仪,硬度和力学性能测试对显微组织和机械性能进行了分析。所得到的结果如下:
　　 (1)通过淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺处理后,三种钢的超细显微组织主要由马氏体和残留奥氏体组成。当回火时间较长的时候,我们可以在马氏体基体上发现有细小的碳化物析出。随着回火时间的延长,马氏体板条会逐渐变得粗大,同时残留奥氏体的体积分数以及奥氏体中的碳含量会随着回火时间的增加而变化。合金元素Nb和Cu的添加对增加钢中残留奥氏体的体积分数有一定的促进作用,我们发现添加Nb和Cu的钢中有相对多的残留奥氏体。
　　 (2)合金元素Nb和Cu的添加不仅对残留奥氏体的体积分数有一定的影响,也能在钢中起到沉淀强化的作用。由于碳化物形成元素Nb的添加,淬火-碳分配-回火钢中的沉淀强化效果很明显。这些析出的细小碳化物被分别确定为Nb(C,N)。当回火温度为450℃,含Nb钢的硬度峰值(450 HV1)出现在1800秒。Cu的添加对Nb的析出起促进作用,在含Nb+Cu钢中,1800秒时的硬度峰值(461 HV1)比含Nb钢要相对高些。
　　 (3)对含Nb+Cu钢的研究表明,当淬火温度为100℃和210℃时,钢的超细显微组织主要由马氏体,残留奥氏体以及碳化物组成;随着淬火温度的升高,钢中残留奥氏体的体积分数将增加,同时硬度会有所下降。