新型超高强韧性马氏体基不锈钢的设计与开发

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开发新型的先进高强度汽车钢是解决汽车行业面临的环境、能源以及安全问题的关键。Q&P钢作为新一代汽车用高强钢,其室温组织为马氏体与残余奥氏体,拥有较高的强塑性能。Q&P钢综合了TRIP钢、DP钢和马氏体钢的优点,但Q&P钢在实际生产过程中,常规水淬方式很难稳定均匀的将带钢温度控制在200~300℃区间内的某一准确温度,从而增加了工业生产的难度。淬火-回火&配分(Q-T&P)工艺的提出能很好的解决了这一问题,即通过设计钢材的化学成分将其Ms点降低到200℃左右,将淬火温度降低为水淬技术容易实现的水温温度。马氏体不锈钢不仅具有良好的耐蚀性,而且通过淬火-配分处理后能够得到较高的强塑性,使其能够很好的应用于高强度汽车钢。  本文根据淬火-回火&配分(Q-T&P)工艺,设计具有较低Ms点的新型马氏体不锈钢合金成分,使其淬火到室温时具有适量的残余奥氏体,然后采用Q-T&P工艺进行处理,通过显微组织观察及力学性能测试,对比分析不同固溶处理温度对其强韧性的影响,确定得到超高强塑性马氏体不锈钢的热处理工艺。  本论文主要研究内容如下:  (1)成分设计:本合金成分以Cr13马氏体不锈钢成分为基础,适当添加Si、Mn元素,将其Ms点控制在200℃左右,以便淬火至室温时得到足够的残余奥氏体,同时Si元素的添加抑制了回火配分过程中的渗碳体的析出,Mn元素的添加增加了淬透性并起到稳定残余奥氏体的作用;根据Ms点理论公式以及K-M方程设计了两种马氏体不锈钢2Cr13-Si1.5Mn3、3Cr13-Si1.5Mn2;  (2)性能开发:将新设计的马氏体不锈钢进行淬火-回火&配分处理,通过研究不同固溶处理温度以及回火配分温度对性能的影响,使得材料达到超高的强塑性能,并确定最佳的热处理工艺;2Cr13-Si1.5Mn3钢在1100℃固溶保温5分钟后淬火到室温,然后在300℃回火配分10min后其屈服强度达到1100MPa,抗拉强度1600MPa,延伸率15%;3Cr13-Si1.5Mn2钢在1050℃固溶保温30分钟后淬火到室温,然后在250℃回火配分60min后其屈服强度达到1400MPa,抗拉强度1880MPa,延伸率11%;  (3)机理研究:结合显微组织、物相分析以及力学性能,了解材料经过不同淬火-回火&配分处理后性能产生差异的原因,对比分析组织及性能,对材料的高强塑性机理进行诠释。较低温度固溶处理时,晶界处存在的未完全溶解的铬碳化物能抑制晶粒的长大,并降低淬火组织中孪晶马氏体的体积分数从而提高了塑性,但其降低了材料的冲击韧性。
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