内容简介

本书主要介绍超快速冷却技术创新性应用——DQ&P工艺再创新。本书对冶金企业、科研院所从事钢铁材料研究和开发的科技人员、工业开发人员具有重要的参考价值，也可供中、高等院校中的钢铁冶金、材料学、材料加工、热处理和焊接等专业的从教人员及研究生阅读、参考。

前言概述

研究项目概述1.研究项目背景与立题依据减重降耗、提高安全性是汽车材料追求的重要指标，先进高强度钢（AHSSs）具备优异的综合力学性能，能同时满足减重和安全性，因而在汽车行业的需求逐步增长。随着对性能要求的不断提升及实现工艺可行的低成本生产，AHSSs经历了不断发展与创新的历程，形成了3代系列钢种。淬火-配分（Q&P）钢是2003年涌现出的新一代AHSS，该工艺利用碳配分机制在马氏体基体中引入5-15%的纳米薄膜状残余奥氏体（RA），能够在变形过程中与硬相马氏体协调变形并提供TRIP效应，实现了材料强塑性的大幅度提升，成功解决了强度塑性的“Trade-off”。鉴于其优异的力学性能和相对较低的生产成本，广大学者以及企业围绕成分、工艺和机理等方面展开研究。截至目前，从传统的Q&P工艺已经逐步演变为Q-P-T，QT&P等工艺，研究成分从初始的TRIP钢成分0.2C-1.6Mn-1.6Si(wt%)逐渐转向增加或者添加C、Mn、V、Ti和Nb等元素，形成了系列的成分体系。总结起来，当前的大多数研究采用冷轧退火、离线热处理等方式，并且添加较多合金元素以保证退火时材料的淬透性以及最终的性能。截止目前，国内外仅有少数几家钢铁公司开发出工业化产品，但因其工艺复杂、合金含量高，具有较高的生产成本，限于部分高端车型的应用。考虑到Q&P工艺中所必须的等温配分和在线快速加热过程在传统退火线上难以实现，因此，2008年Thomas提出一个全新的概念，即将Q&P理念引入热连轧生产线，通过在线淬火和热轧卷余热配分的方式来获得Q&P组织。热轧DQ&P的理念相比于传统冷轧退火方式极大程度的缩短了工艺流程，节省生产时间，大幅度降低生产成本。然而，低温淬火的难控制，卷取冷却过程中碳配分的复杂性以及热轧低温淬火板形控制等问题又使得该理念停滞不前。目前，仅有少数学者对热轧DQ&P工艺进行了研究，缺乏完善的实验数据和理论基础。我国是钢铁生产大国与强国，在热轧板领域有着丰富的技术、经验以及研究成果，特别是近十余年来东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL实验室）开发的以超快冷为核心的新一代TMCP成套工艺与装备技术在国内多条热连轧产线上成功应用，实现了节约型成分设计，融合细晶、位错、相变以及析出等各种强化机制，充分挖掘了材料的潜能，达到降本增效、提质增效的效果，为国内外市场持续供给大量高品质热轧产品，助力我国钢铁行业的蓬勃发展。近年来，钢铁行业面临产能过剩等巨大压力，因此，节能减排、调整产品结构、推进绿色高品质产品开发等尤为重要。“以热代冷”能有效降低生产成本，在生产高品质钢铁产品方面具有可期的发展前景，特别是随着先进轧制技术的发展，如ESP（全无头轧制），能实现超薄规格热轧带钢的稳定轧制，并且能精确控制温度，保证良好板形和表面质量，为开发高品质热轧产品提供了重要支撑。因此，依靠当前先进热轧TMCP工艺技术开发高品质热轧产品具有可行性和迫切性。
2.研究进展与成果本研究围绕热轧DQ&P工艺，系统研究了不同配分方式下的组织演变过程，包括压缩变形与配分参数对组织演变的影响，以及动态配分条件下热动力学参数对残余奥氏体的影响。基于热模拟研究规律进行热轧工艺设计，通过结合控轧控冷和动态配分原理进行多相、多尺度的组织调控，获得双相（马氏体残余奥氏体）和复相（铁素体、马氏体和残余奥氏体）的典型Q&P组织，并分析讨论了组织和力学性能之间的关系。特别地，对残余奥氏体的形态、数量和稳定机制以及残余奥氏体和力学性能之间的关系进行了探究，并观察分析了典型复相Q&P组织的裂纹扩展机理。此外，基于复相组织调控原理对Q&P钢的基本成分设计约束进行了研究，设计并开发了节约型低碳DQ&P钢的生产工艺。本研究工作的主要进展：（1）采用低碳硅锰钢成分进行热模拟实验，系统研究了等温配分热轧DQ&P工艺，验证了热轧DQ&P工艺的可行性，明确了变形以及配分参数对残余奥氏体的影响规律。（2）研究了低碳硅锰钢动态配分行为以及热动力学参数对残余奥氏体的影响，揭示了动态配分过程的相变行为及残余奥氏体稳定性机制，提出了适用于热轧直接淬火—动态配分处理的工艺窗口。（3）结合TMCP和Q&P工艺获得典型双相和复相Q&P组织，分析了组织和性能的对应关系以及典型复相Q&P组织的裂纹扩展行为，明确了热轧工艺条件下提升Q&P钢强塑性的原理和工艺路径。（4）基于复相组织调控原理，进一步研究了碳含量对稳定残余奥氏体的影响机理，提出了适于DQ&P工艺处理的碳含量临界值，为节约型DQ&P钢的设计提供指导。（5）结合实验室基础研究，在国内某大型钢厂进行了热轧DQ&P钢的工业试制，成功获得了典型Q&P组织，性能达到Q&P1180级别。3.论文及获奖论文：（1）袁国，康健，张贺，李云杰，胡虹玲，王国栋.Q&P工艺理念在热轧先进高强度钢中的应用研究.中国工程科学，2014，16(1)：59-65.（2）康健，张贺，袁国，王国栋.低碳Si-Mn钢直接淬火-等温配分工艺中组织演变.
东北大学学报，2015，36(1)：24-28.（3）李云杰，刘洺甫，胡虹玲，杨靖妍，刘明瑞，王国栋.非等温碳配分条件下热轧DQ&P工艺研究.轧钢，2015，32(2)：13-17.（4）张贺，康健，袁国，王国栋.淬火-非等温配分下淬火温度对显微组织影响.轧钢，2015，32(4)：12-15.（5）J.Kang,C.Wang,Y.J.Li,G.Yuan,G.D.Wang.Effectofdirectquenchingandpartitioningtreatmentonmechanicalpropertiesofahotrolledstripsteel.Journalof
WuhanUniversityofTechnology-Mater.Sci.Ed,2016,31:178-185.（6）Y.J.Li,X.L.Li,G.Yuan,J.Kang,D.Chen,G.D.Wang.Microstructureandpartitioningbehaviorcharacteristicsinlowcarbonsteelstreatedbyhot-rollingdirectquenchinganddynamicalpartitioningprocesses.MaterialsCharacterization,2016,121:157-165.
（7）李云杰，康健，袁国，王国栋.低碳Si-Mn系DQ&P钢组织演变模拟研究.东北大学学报，2017，38(1)：36-41.（8）Y.J.Li,D.Chen,X.L.Li,J.Kang,G.Yuan,R.D.K.Misra,G.D.Wang.Microstructuralevolutionanddynamicpartitioningbehaviorinquenchedandpartitionedsteels.SteelResearchInternational,2017,88(11):1-11.（9）李晓磊，李云杰，康健，袁国，王国栋.低碳Si-Mn钢的直接淬火-动态配分(DQ&P)工艺研究.金属热处理，2017，42(12)：95-99.（10）李晓磊，李云杰，康健，袁国，王国栋.工艺参数对直接淬火-配分钢组织演变的影响研究.河钢东大会议，2017.（11）X.L.Li,Y.J.Li,J.Kang,etal.Controlofcarboncontentinsteelbyintroducingproeutectoidferritetransformationintohot-rolledQ&Pprocess.JournalofMaterials
EngineeringandPerformance,2017,23:315-323.（12）Y.J.Li,J.Kang,W.N.Zhang,D.Liu,X.H.Wang,G.Yuan,R.D.K.Misra,G.D.Wang.Anovelphasetransitionbehaviorduringdynamicpartitioningandanalysisofretainedausteniteinquenchedandpartitionedsteels.MaterialsScienceandEngineeringA,2018,710:181-191.
（13）李晓磊，李云杰，康健，袁国，王国栋.热轧马氏体贝氏体区直接淬火-配分钢组织性能研究.轧钢，2018，3：7-12.（14）Y.J.Li,D.Chen,DLiu,J.Kang,G.Yuan,Q.J.Mao,R.D.K.Misra,G.D.Wang.Combinedthermo-mechanicalcontrolledprocessinganddynamiccarbonpartitioningoflowcarbonSiAl-Mnsteels.MaterialsScienceandEngineeringA,2018,732:298-310.
（15）Y.J.Li,D.Liu,W.N.Zhang,J.Kang,D.Chen,G.Yuan,G.D.Wang,Quenchingabovemartensitestarttemperatureinquenchingandpartitioning(Q&P)steelthroughcontrolofpartialphasetransformation,MaterialsLetters,2018,230:36-39.科研获奖：[1]非等温碳分配条件下热轧DQ&P工艺研究，2015，辽宁省教育厅：大学生创新实验计划优秀论文；
[2]高强塑积热轧DQ&P钢工艺优化设计，2016，中国金属学会：第二届冶金青年创新创意大赛高校组二等奖。4.项目完成人员主要完成人员职称单位袁国教授东北大学RAL国家重点实验室王国栋教授东北大学RAL国家重点实验室康健讲师东北大学RAL国家重点实验室李振垒讲师东北大学RAL国家重点实验室李云杰博士研究生东北大学RAL国家重点实验室张贺硕士研究生东北大学RAL国家重点实验室李晓磊博士研究生，工程师东北大学RAL国家重点实验室首钢股份公司迁安钢铁公司王学强博士研究生，工程师东北大学RAL国家重点实验室首钢股份公司迁安钢铁公司5.报告执笔人袁国康健李云杰6.致谢本研究工作离不开课题组成员的团结协作、上下一心，同时得到了实验室领导和同事的帮助与支持，方才使得研究工作顺利进行，达到预期良好成效。感谢国家自然科学基金委项目（51504063）以及中央高校基本业务费（N130407001，N160706001）对该研究工作的资助。最后，我们还要感谢实验室的老师：崔光洙、田浩、王佳夫、张维娜、薛文颖、吴红艳、冯莹莹、赵文柱以及办公室张颖、李钊、沈馨、孟丽娟、王凤辉等对该研究工作的长期帮助与支持！

作者介绍

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（简称RAL）是我国轧制技术领域唯一的国家重点实验室，多年来取得了非常丰富的科研成果。本简报是该实验室2013年各项工作的总结，全面反映了实验室2013年取得的各方面的科研成果。

目录

11先进高强度钢的研究进展

1.1AHSS发展历史与现状...

1.2Q&P工艺简介及研究现状

1.2.1Q&P钢热处理工艺和组织研究

1.2.2Q-P-T钢热处理工艺和组织研究

1.2.3Q-TP钢热处理工艺和组织研究

1.3DQ&P工艺的提出及可行性分析

1.4基于新一代TMCP技术的DQ&P工艺再创新

2等温配分DQ&P工艺热模拟实验研究

2.1引言

2.2实验材料与方法

2.2.1实验用钢的成分设计

2.2.2临界相变点的测定

2.2.3基于CCE模型的热处理参数计算及选定

2.2.4微观组织分析及表征方法

2.3压缩变形及配分参数对组织性能的影响研究

2.3.1变形温度的影响

2.3.2淬火温度的影响

2.3.3配分温度的影响

2.3.4配分时间的影响

2.3.5变形程度的影响

2.4本章小结

3动态配分DQ&P工艺热模拟实验研究

3.1引言

3.2实验材料与方法

3.3实验结果分析

3.3.1卷取温度的影响

3.3.2动态配分行为研究

3.4讨论

3.4.1淬火温度对组织性能的影响

3.4.2动态配分动力学和淬火工艺窗口分析

3.5本章小结