中锰Fe-Mn-Al-C系低温钢组织及性能研究

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随着高纬度寒冷地区的结构用钢、工程机械用钢及海洋开发的快速发展,研制出低成本高强度、高韧性的钢材迫在眉睫。钢铁材料在低温环境下经受的最大威胁就是发生低温脆断,要求钢材具备良好的低温强韧性。为了满足性能要求,其合金钢成分往往含有昂贵的Ni和Mo等合金元素,成本较高,因此不能被广泛应用。本文以较低成本的Mn元素来代替Ni元素的设计思路,研究了Fe-12.4Mn-2.4/4.7Al-0.1C冷/热轧中锰钢经热处理后的组织与性能。通过对Fe-12.4Mn-2.4/4.7Al-0.1C热轧实验钢(分别简称2.4Al和4.7Al钢)进行不同淬火温度+回火处理,研究了不同的淬火温度对2.4/4.7Al钢组织与力学性能的变化规律,且研究了Al含量对组织及性能影响。研究表明:相比与4.7Al钢,2.4Al钢的组织与性能受淬火温度影响较为显著。在淬火温度范围内(650~800℃),2.4Al钢的抗拉强度始终大于4.7Al钢,而4.7Al钢延伸率稍大于2.4Al钢。在冲击温度范围内(25℃、-40℃、-80℃),4.7Al钢的冲击功均远远大于2.4Al钢。借助EPMA表征技术,研究了2.4/4.7Al钢C、Mn元素的浓度分布,可得4.7Al钢中残余奥氏体C、Mn元素的浓度大于2.4Al钢,表明了4.7Al钢中残余奥氏体的稳定性大于2.4Al钢,在冲击变形过程中可提供充分的塑性变形,是导致4.7Al钢的冲击功大于2.4Al钢的主要原因。通过对2.4/4.7Al冷轧钢进行不同的退火温度处理,研究2.4/4.7Al钢的组织与性能随退火温度的变化规律。结果表明,通过短时间退火后,能明显提高2.4/4.7Al钢中残余奥氏体含量及其塑性,并且还能显著提高4.7Al钢的抗拉强度。分析认为经退火后的4.7Al钢在变形过程中所发生的TRIP效应是提高抗拉强度的主要原因。
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