简介Q-P-T超高强度钢课件

简介Q-P-T超高强度钢徐祖耀，我国应尽早发展高强度钢。中国工程院化工、冶金与材料学部第六届学术会议论文集。薛群基主编，化学工业出版社，2007,403-406.为改善环保、节能和节约原材料（包括铁矿石），急宜将器件轻量化、提高钢的强度（1500—2000MPa或以上）、降低钢产量。超高强度钢发展简史20世纪60年代以来，发展出马氏体时效钢，如0.013C-18Ni-0.4Mo钢

(FloreenS.,Physicalmetallurgyofmaragingsteels.Metall.Rev.,1968,13B:115-128.)经马氏体相变及中间相(Ni3Mo、Ni3Ti、Fe2Mo)沉淀强化马氏体二次时效钢：马氏体强化及碳化物沉淀强化

(MachmeierP.M.,LittleC.D.,HorowitzM.H.,OatesR.P..Developmentofastrongmartensiticsteelhavinggoodfracturetoughness.Met.Technol.,1979:291-296.AyerRaghavan,MachmeierP.M..MicrostructuralbasisfortheeffectofchromiumonthestrengthandtoughnessofAF1410-basedhighperformancesteels.Metall.Mater.Trans.,1996,27A:2510-2518.)如0.16C-10Ni-2Cr-1Mo-14Co钢，0.24C-11Ni-3Cr-1.2Mo-13.4Co钢，AF1410，AerMet100钢:抗拉强度1500MPa以上，接近甚至超过2000MPa,韧性60J。含高合金元素、冶炼、加工要求较复杂，成本较高。范长刚等提出在4340钢的基础上提高碳含量至0.5wt%，即0.37%Si钢中含碳量比4340提高0.10%，1.75%Si钢中碳含量比300M提高0.07%，其他成分相近，经真空电弧电渣重熔，控制S≤0.005%，P≤0.01%及气体含量，经900℃淬火:

*0.37%Si钢经200℃回火得：条状马氏体，碳化物及<2%的残余奥氏体，Rm=2205MPa,KIC=61.5MPa·m1/2*1.75%Si钢经270℃回火得：条状马氏体，碳化物及<11%的残余奥氏体和少量的孪晶马氏体，Rm=2235MPa，KIC=52.3MPa·m1/2

*高强度钢含C>0.5%，会有潜在脆性危险。

(范长刚，董瀚，时捷，刘燕林，雍岐龙，惠卫军，王毛球，翁宇庆。2200MPa超高强度低合金钢的组织和力学性能.兵器材料科学与工程,2006,29(2):31-35.)

(KraussG..Deformationandfractureinmartensiticcarbonsteels

temperedatlowtemperatures.Metall.Trans.,2001,32B:205-221.)Fractureresponse,underconditionsoftensileloading,asafunctionoftemperingtemperatureandsteelcarboncontentincarbonandlow-alloysteelsquenchedfromaustenitetomartensite淬火钢中残余奥氏体的作用改善钢的塑性和韧性，如：*条状马氏体被几纳米厚的残奥所包围，增加了韧性。(徐祖耀.马氏体相变与马氏体(第二版，第三章).北京:科学出饭社,1999.

LaiG.Y.,WoodW.E.,ClarkR.A.,ZackayV.F.,ParkerE.R..Theeffectofaustenizationtemperatureonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofas-quenched4340steel.Metall.Trans.,1974,5:1663-1670.)*奥氏体的热稳定化现象使工具钢无变形淬火和高速钢的无变形回火。(GordonP.,CohenM.,RoseR.S..Effectofquenching-bathtemperatureonthetemperingofhighspeedsteel.Trans.ASM,1944,33:411-454.徐祖耀，奥氏体稳定化及其对热处理的作用。北京钢铁工业学院学报，1957(4):26-33。徐祖耀，周济源。9XC钢工具的等温淬火(无变形淬火)。北京钢铁工业学院学报，1957(4):34-41。徐祖耀，周济源。P18钢杆形工具的等温淬火。北京钢铁工业学院学报，1957(4):42-44。徐祖耀，周济源。工具钢的无变形淬火。机械工程学报，1957(5):249-255。徐祖耀，张万祯。奥氏体在回火时的催化作用和稳定化现象。科学记录，1957，1(3):59-63。HsuTzu-yao(徐祖耀),ChangWan-chen(张万祯).Theconditioningandstabilizationofausteniteduringtempering.ScienceRecord,NewSeries,1957,1(3):65-70.徐祖耀，张万祯。高速钢在回火时奥氏体稳定化现象。北京钢铁工业学院学报，1958(6):85-91。徐祖耀。高速钢的回火。金属学报，1965(8):443-454。HsuTzu-yao(徐祖耀).Thetemperingofhighspeedsteel.ScientiaSinica,1965,14:1509-1522.徐祖耀。高速钢工具的无变形回火。机械工程学报，1958(6):203-206。徐祖耀，嵇铃，杨嘉韦华。高速钢回火新工艺。首届中国热处理学会年会论文选集。北京:机械工业出版社，1966:196-202。)Thomas等在1979及1981年由高分辨电镜及场离子显微镜原子探针揭示：含0.27wt%C钢经淬火后，低碳条状马氏体为1.04wt%C残余奥氏体所包围。

(RaoB.V.,ThomasG.Transmissionelectronmicroscopycharacterizationofdislocated“lath”martensite.ProcInterConf:MartensiticTransformations-79,MIT,1979:12-16.SarikayaM.,ThomasG..Lathmartensitesincarbonsteelsaretheybainitic.ProcInterConf:SolidtoSolidPhaseTransformations.Ed.AaronsonH.I.,LaughlinD.E.,SekerkaR.E.,WaymanC.M.，1981.TMS-AIME,1982:999-1004.)他们认为淬火时碳由马氏体分配(不同相间的扩散)至奥氏体所致。

(SarikayaM.,ThomasG.,SteedsJ.W.，BarnalS.I.,SmithG.D.W..Soluteelementpartitioningandaustenitestabilizationinsteels.Proc.Inter.Conf:SolidtoSolidPhaseTransformations,1981.Ed.AaronsonH.I.,LaughlinD.E.,SekerkaR.E.,WaymanC.M.，1981.TMS-AIME,1982:1421-1425.)徐祖耀等于1983年发表碳分配计算结果，称：在淬火过程中碳分配使残余奥氏体增碳能基本、或稍迟后完成。(徐祖耀，李学敏。低碳马氏体形成时碳的扩散.金属学报，1983，19:A83-88。徐祖耀，李学敏。低碳马氏体形成时碳的扩散(续)。金属学报，1983，19A:505-510。HsuT.Y.(XuZuyao),LiXuemin.Diffusionofcarbonduringtheformationoflow-carbonmartensite.ScriptaMetall.,1983,17:1285-1288.)在上世纪，已发现Si钢中贝氏体相变时碳会向奥氏体扩散，形成“无碳化物贝氏体”。

(BhadeshiaH.K.D.H..Bainiteinsteels.London:TheInst.Materials,CambridgePress,2001:373;385.)含较高Si钢经室冷形成无碳化物贝氏体。

(MatlockD.K.,KraussG.,SpeerJ.G.Microstructuresandpropertiesofdirect-cooledforgingsteels,MaterialsProcessingTechnology,2001,117:324-328.)Mn-SiTrip钢在中间退火时，碳由铁素体向奥氏体分配。

(DecoomanB.C..Ed.Proc.InterConfonTRIP-aidedhighstrengthferrousalloys.GardrachtRedaktionsandIndustriePressService,BadHarzberg,Germany,2002.)Q-P-T热处理工艺为进一步提高钢的强度，在Q-P工艺基础上，提出淬火一碳分配一回火(Q-P-T)工艺。即除碳分配外，在含一定量Si的钢中有意识地加入复杂碳化物形成元素，使在一定温度等温时，析出复杂碳化物或在低碳等温（均属回火）析出碳化物，除分配至残余奥氏体韧化外，还增加沉淀强化。淬火-碳分配-回火（Q-P-T）工艺示意图（AT,QT,PT,TT和RT分别表示奥氏体化温度，淬火温度，碳分配温度，回火温度和室温）SchematicQuenching-Partitioning-Tempering(Q-P-T)process(AT、QT、PT、TTandRTareaustenitizing,quenching,partitioning,temperingandroomtemperaturesrespectively)

（徐祖耀。钢热处理的新工艺。第九次全国热处理大会论文集。中国机械工程学会热处理学会,大连,2007:1-12。徐祖耀。钢热处理的新工艺。热处理,2007,22(1):1-11。

HsuT.Y.(XuZuyao).Designofstructure,compositionandheattreatmeatprocessforhighstrengthsteel.Invitedpaper:PacificRimInter.Conf.AdvancedMaterialsandProcessing,Korea,2007.PhaseTransformationSession.Mater.Sci.Forum,2007,561-565:2283-2286.徐祖耀。用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工艺。热处理，2008，23(2):1-5。

HsuT.Y.(XuZuyao).Quenching-partitioning-tempering(Q-P-T)processforultra-highstrengthsteel.InternationalHeatTreatmentandSurfaceEngineering,2008,2(2):64-68.徐祖耀。白主创新发展超高强度钢。上海金属，2009，31(2):1-6。徐祖耀。淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺浅介。金属热处理，2009，34(6)：1-8。)Q-P-T钢的组织成分及热处理工艺设计显微组织:具高位错密度的细条状（全部或部分纳米级条宽）马氏体；马氏体上析出复杂碳化物或碳化物；避免析出Fe3C；马氏体条间含一定量(厚度)、一定碳含量的残余奥氏体；原始奥氏体具细晶组织。成分：C<0.5wt%，以免脆性；Si或Al约1-2wt%，抑制Fe3C形成，稳定(η)碳化物，保证碳分配；Mn或Ni等合金元素少量，作固溶强化，降低Ms;复杂碳化物形成元素，使Ms下降，并使呈沉淀强化。热处理：Q-P-T处理，淬火温度（QT），分配温度（PT）以及回火（沉淀）温度的确立因所需钢的强、韧度而定。含0.48wt％C超高强度钢显微组织TEM像(a)淬火至95℃明场像(b)淬火至95℃的暗场像象及选区衍射(c)400C回火10s明场像(d)400C回火10s暗场像及选区衍射TEMmicrographofanultra-highstrengthsteelcontaining0.48wt%C(a)quenchedin95C,brightfieldimage;(b)quenchedin95C,darkfieldimage;(c)temperedat400Cfor10s,brightfieldimage;(d)temperedat400Cfor10s,darkfieldimage含0.48wt％C超高强度钢经400℃分配及回火10s后其中碳化物沉淀的TEM像(a)明场像(b)暗场像TEMmicrographofcarbideprecipitationinanultra-highstrengthsteelcontaining0.48wt%Cafterpartitioningandtemperingat400Cfor10s(a)brightfieldimage;(b)darkfieldimage含0.48wt％C超高强度钢经400℃分配及回火1800s后其中碳化物沉淀的TEM像TEMmicrographofcarbideprecipitationinanultra-highstrengthsteelcontaining0.48wt%Cafterpartitioningandtemperingat400Cfor1800s(a)brightfieldimage;(b)darkfieldimage含0.48wt%超高强度钢经400℃保温不同时间后的抗拉强度和总延伸率Ultimatetensilestrengthandelongationof0.45wt%Cultra-highstrengthsteelasfunctionofdurationat400C2．0.2C-1.5Mn-1.5Si-0.O5Nb-0.13Mo钢：920℃奥氏体化300s，淬火至220℃盐浴，400℃碳分配和回火（10，20，40，180s），水淬至室温。400℃保温10，20，40，80和180s后的试样中的残余奥氏体量分别为4.5%，7.0%，5.4%，5.2%和5.8%。马氏体条宽：有小于100nm的，有大于100nm的。复杂碳化物呈纳米级大小。

(ZhongN.,WangX.D.,RongY.H.,WangL..EnhancementofthemechanicalpropertiesofaNb-microalloyedadvancedhighstrengthsteeltreatedbyquenching-partitioning-temperingprocess.Mater.Sci.Eng.,2009,506A,111-C-1.51Mn-1.48Si-0.02Nb-0.04V-0.015Ti-0.304Mo钢：1000℃奥氏体化，淬至223℃，350℃保温30s，水淬至室温，得残余奥氏体(0.7wt%C)约6%；保温100s后残余奥氏体(0.8wt%C)约3.3%;经350℃~120s后得屈服强度700MPa，抗拉强度900MPa；20℃吸收能量100J，200℃为60J。

(SeungChanHong,JaeCheouAhn,SaugYongNam,KimSeogJu，YangHeeChoen,SpeerJohnG.,DavidK..Mechanicalpropertiesofhigh-Siplatesteelproduc