合金元素及时效处理对Fe-Mn-Al-C低密度钢中κ-碳化物的影响特性综述

摘要

Fe-Mn-Al-C低密度钢具有密度低、力学性能优良的特性,在汽车结构材料领域具有广阔的应用前景。作为Fe-Mn-Al-C低密度钢中主要的析出相,κ-碳化物的沉淀硬化效应是Fe-Mn-Al-C低密度钢中最为显著的强化机制,对优化低密度钢的力学性能有着重要的作用。然而,κ-碳化物的析出形态特征及位置对Fe-Mn-Al-C低密度钢性能的作用机制存在差异,且κ-碳化物的形态特征易受到低密度钢合金元素构成及热处理条件的影响。因此,近年来科技工作者对Fe-Mn-Al-C低密度钢中κ-碳化物的形成机制及形态特征影响因素开展了深入的研究,并取得了一定的成果。研究结果表明,Fe-Mn-Al-C低密度钢中κ-碳化物的形成机制为调幅分解+有序化反应。低密度钢中Al含量增加有利于促进κ-碳化物的析出与长大,Mn含量对全奥氏体Fe-Mn-Al-C钢中κ-碳化物析出的影响较弱,对双相Fe-Mn-Al-C钢中κ-碳化物的析出有明显的抑制作用。在400~650℃的时效温度下,细小的κ-碳化物会在奥氏体基体弥散分布,而在650~750℃的较高温度范围内时效时,粗大的碳化物会以片层状形态存在于奥氏体或两相区晶界。κ-碳化物对Fe-Mn-Al-C钢力学性能的影响具有两重性,细小的晶内κ-碳化物能够起到强化作用,而粗大的晶粒间κ-碳化物则造成材料延展性及韧性的损失。本文基于国内外研究进展,分析总结了Fe-Mn-Al-C低密度钢中κ-碳化物的形成机理与形态特征的影响因素,以及κ-碳化物形态特性对材料性能的影响规律,并对控制Fe-Mn-Al-C低密度钢κ-碳化物形态特征方法进行了总结和展望。总结认为Fe-Mn-Al-C钢中Al的质量分数应控制在7%~10%之间,以为κ-碳化物析出提供驱动力,时效处理温度为550~650℃,时效时间在1 h以内,以避免形成粗大的κ-碳化物破坏低密度钢的性能,同时展望了通过向Fe-Mn-Al-C低密度钢中添加强碳化物形成元素抑制粗大的κ-碳化物形成的新工艺手段。