全新的钢热处理新思路——Q&P处理

近年来国际上发展起来一种钢热处理新工艺，称为Q&P处理（淬火和碳再分配处理），获得了高强度与良好韧塑性相结合的新型钢材，其所达到的力学性能为：抗拉强度800~1500MPa，伸长率15%~40%，被认为是新一代先进高强度钢。

传统的淬火和回火工艺被用于生产含马氏体组织的高强度钢。淬火形成的马氏体可提高钢的强度，回火消除内应力，并使马氏体内析出碳化物和残余奥氏体分解，以调整钢的塑韧性。一些研究工作揭示：淬火过程中，在某种条件下会发生碳由马氏体向奥氏体分配，使得马氏体条间的残余奥氏体因增碳而得到稳定化，并使钢中最终的残余奥氏体量得以增加，由此有可能提高钢件的强韧性综合性能。在这些工作的启发下，开发出意在使碳由马氏体分配至残余奥氏体，以稳定残余奥氏体，提高钢的塑韧性的新工艺。这一新工艺被称为淬火和碳再分配(Q&P———QuenchingandPartitioning)工艺，引起了国际上的关注。

这种新工艺是基于对碳在马氏体/奥氏体混合组织中扩散规律的一种新的认识与理解。和传统的淬火-回火的工艺不同，Q&P新工艺为稳定残余奥氏体，应用钢种含Si、Al等非碳化物形成元素，以阻碍Fe3C的析出，并驱使碳自马氏体分配到奥氏体，奥氏体因富碳，在再次冷却时不会转变为马氏体，从而为高强度钢兼具韧性提供新的有效方法。在传统的淬火-回火的工艺中，回火马氏体形成时，渗碳体的形成消耗了部分碳，同时发生残余奥氏体分解；而Q&P工艺却有意地抑制了碳化物的析出，并使残余奥氏体稳定而不被分解。因此，有效地抑制碳化物的析出是该工艺的关键。

根据以上原理，进行Q&P处理的用钢成分设计必须含有抑制渗碳体形成的元素：如Si、A1或P。Q&P处理工艺过程为：首先对钢进行奥氏体化，即在Ac3以上保温(完全奥氏体化)或在Ac1~Ac3之间保温（部分奥氏体化)，然后淬火至马氏体转变开始温度(MS)与终结温度(Mf)之间的某一温度；再在高于Ms的一定温度保温，进行碳的分配处理，最后冷却至室温。残余奥氏体最终的含量及其含碳量决定于淬火温度和分配温度及时间。

对于实现Q&P处理工艺而言，稳定残余奥氏体，抑制碳化物的析出非常重要，因为任何碳化物的形成都将消耗碳，使可供富集到残余奥氏体中去的碳含量减少，从而降低奥氏体稳定性，并使最终形成的残余奥氏体量减少。添加Si可抑制渗碳体的形成，铝和磷也具有类似作用。

钢经Q&P处理后所得到的组织为马氏体和残余奥氏体。大量马氏体的存在保证了钢具有较高的强度，而其中占4%~10%的残余奥氏体的存在又增加了钢的塑性。因此，Q&P钢兼有超高强度和大的伸长率，其抗拉强度可达1000~1400MPa，而伸长率仍可达到15%以上。Q&P钢的这一性能特点展现出很好的应用前景。