马氏体-奥氏体复合钢复合层数对组织性能的影响

开发更高性能的钢铁材料是促进"双碳"目标达成的有效途径之一.引入碳扩散是制备超高强度-高塑性复合钢的有效方法.在课题组前期研究基础上,利用真空热轧的方式制备不同层数的复合钢.通过增加层数,减小了复合钢内各层的厚度,复合钢在1 150℃热轧复合后继续保温过程,实现碳元素从高碳层向低碳层的扩散.利用扫描电子显微镜、FEI-透射电子显微镜及X射线衍射仪对组织及相组成进行了分析,利用电子探针显微分析仪测量了元素分配情况,并进行了硬度和拉伸性能测试.结果表明,随着层数的增加,复合钢内碳元素分布发生了明显的变化,马氏体层内部的碳含量逐渐升高,奥氏体层内部的碳含量逐渐降低,碳元素浓度差逐渐降低.同时,复合钢的屈服强度、抗拉强度和总伸长率呈现出先增加后降低的趋势.当复合钢内层数为9、11层时,其强度和塑性均超过单层马氏体钢;均匀伸长率随复合钢层数的增加而逐渐提高,15层复合钢取得了最大值(约10.1％).9层复合钢获得了最佳的强度和塑性组合,与单层马氏体钢相比,抗拉强度(1 733 MPa)和伸长率(23.6％)分别提高了60 MPa和7.1％;同时其塑性也超过了单层奥氏体钢.此外,随着层数的增加,也导致奥氏体层比例逐渐提高,导致15层复合钢的强度低于单层马氏体钢的强度.