硅对冷轧Q&P钢组织和性能影响的研究

摘要

先进高强度钢的开发作为一种车身轻量化行之有效的手段，引起人们的高度重视，并取得了较快的发展。其中，淬火-碳分配（Q&P）钢因其优异的综合性能，一经提出便受到了广泛关注。Q&P工艺利用相变过程中碳从马氏体扩散到奥氏体中这一机理，获取了以马氏体为基体，残余奥氏体夹杂在马氏体板条间的性能优异的复合组织。目前为止，Q&P钢的研究和应用已经取得了很多成果，但仍然存在一些问题有待解决，如成分设计、工艺参数优化和残余奥氏体稳定性优化等。
　　本文旨在研究硅元素的添加对Q&P钢组织和性能的影响。首先设计了三种硅含量不同的Q&P钢。通过热模拟实验对硅元素含量的改变引起Q&P钢相变热力学参数变化的规律进行了分析。通过模拟退火实验，针对不同工艺参数引起Q&P钢组织和性能的变化规律进行了研究，主要采用了光学金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪和EBSD等设备对其组织和残余奥氏体含量进行了表征，另外通过拉伸试验测量了不同工艺下Q&P钢的力学性能，并结合组织与性能的变化规律进行了分析总结。经过研究，本文得到了以下几个主要结论：
　　（1）热模拟实验表明，硅含量的增加对Q&P钢热力学参数的主要影响，表现为 Ac1和Ac3温度升高，铁素体/奥氏体相区整体上移。当硅含量达到2.5％时，Ac3温度升高至930℃以上。
　　（2）硅含量提高后，Q&P钢的部分力学性能随热处理工艺参数的变化规律有所不同，具体表现为当硅含量达到2.5%时，随着退火温度的提高，Q&P钢的抗拉强度逐渐下降，延伸率逐渐上升。硅元素的加入会增加组织中贝氏体含量，从而影响Q&P钢的力学性能。
　　（3）通过提高硅元素的含量，可以提升Q&P钢的综合力学性能。硅含量从1.5%提高至1.9%左右时，Q&P钢抗拉强度基本不变，延伸率则平均提高了5%以上，获得了抗拉强度为1000MPa，延伸率26.4%，强塑积高达26400MPa·%的性能优异的Q&P钢，符合宝钢980MPa级别 Q&P钢的性能要求。硅含量继续提高至2.5%时，Q&P钢的抗拉强度提升了约200MPa，塑性仍能保持在17%，获得了抗拉强度1200MPa，延伸率17.9%的Q&P钢。
　　（4）对同一硅含量的Q&P钢研究发现，延伸率主要取决于残余奥氏体体积分数，而残余奥氏体的多少则由奥氏体化温度、淬火温度和碳分配温度共同影响。奥氏体化温度影响了淬火前组织中铁素体/奥氏体的比例，由于铁素体中碳的溶解度较低，奥氏体在保温过程中已经发生了碳的富集，其 Ms点较完全奥氏体化时有了较大改变，导致了最佳淬火温度的变化。淬火温度则直接影响了初始淬火后残余奥氏体的含量，并与碳分配温度共同影响残余奥氏体中的碳含量。