摘要
无碳化物贝氏体钢中因含有贝氏体、马氏体和残余奥氏体等多相组织，所以具有良好的强塑性，逐渐成为第三代先进高强钢中的热门研发钢种。针对无碳化物贝氏体钢所需的热处理时间较长并且等温淬火后塑性指标偏低的问题，并且考虑到先进高强钢在焊接过程中的可行性。本文在“十三五”国家重点研发计划-基于理性设计的高端装备制造业用特殊钢研发(2017YFB0703000)的支持下，在低碳Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体钢的基础上，通过马氏体转变点附近的等温淬火及中高温回火的热处理新工艺，获得了高强塑性的含铜无碳化物贝氏体钢。本文重点研究了实验钢在不同工艺转变过程中的贝氏体相变动力学行为、组织演变和力学性能变化规律，主要研究工作和结论如下: (1)通过热力学软件Thermo-calc计算出低碳无碳化物贝氏体钢在持续升温过程中各相析出行为和相变点，并采用JMatPro软件模拟了实验钢连续冷却过程中的CCT曲线，得到了实验钢的特征转变点温度。模拟结果表明实验钢的铁素体开始转变温度为727.6℃;珠光体开始转变温度为709℃;贝氏体开始转变温度为477.6℃;马氏体开始转变温度为314.2℃,为热处理工艺的制定和组织控制提供了参考，随后通过动态相变仪确定实验钢的实际相变点为Ac1=720℃、Ac3=810℃和Ms=320℃。从而制定了实验钢在350℃和300℃下的等温淬火工艺。 (2)通过对比在Ms点以上和以下等温淬火工艺可以看出，实验钢在Ms点以下等温过程中引入了一定数量的初次马氏体，提供了更多的贝氏体形核点从而增加了贝氏体的转变量，并且加速了贝氏体转变动力学。并且随着等温时间的延长，残余奥氏体因碳元素的配分和贝氏体相变程度的增加而变得逐渐稳定，最终提高了其体积分数和含碳量。实验钢在300℃保温2h后因组织中含有较细的贝氏体板条和更多的薄膜状残余奥氏体,其屈服强度和抗拉强度分别达到986MPa和1475MPa，延伸率高达18.5％,并且在此工艺下实验钢的加工硬化能力也较强。 (3)在合理的两步等温转变工艺后，通过实验结果可以看到组织中Mn偏析造成的马氏体条带已基本消除，并且在组织中形成了更加均匀的贝氏体板条。实验钢经两步等温转变后组织中不稳定的块状残余奥氏体逐渐被薄膜残余奥氏体和贝氏体板条所取代，最终得到了两种不同粗细的贝氏体板条组织。力学性能检测结果表明在Ms点以上和以下两步等温转变后均提高了实验钢的延伸率，实验钢在350℃两步等温转变后的延伸率从14.6％提高到17.4％,并且在300℃两步等温转变后因含有较多的膜状残余奥氏体从而具有较高的加工硬化能力。 (4)实验钢的最佳热处理工艺为300℃等温1h+450℃回火0.5h,该工艺下为抗拉强度为1525MPa,延伸率高达21.2％,因其组织中含有较多不同形态的残余奥氏体从而获得了最优的强塑性指标。同时，由于在450℃回火后铜元素的析出强化作用使实验钢的耐磨性能进一步提高。
NETL