高強(qiáng)塑性中錳鋼的組織演變及力學(xué)性能的研究.pdf

1、輕質(zhì)高強(qiáng)汽車用鋼因其兼具出色的強(qiáng)度和塑性，且能滿足節(jié)能環(huán)保的要求而成為研究熱點(diǎn)。強(qiáng)塑積（抗拉強(qiáng)度與總伸長率的乘積）是衡量汽車用鋼綜合性能的指標(biāo)。傳統(tǒng)的汽車用鋼的強(qiáng)塑積為15±10 GPa％，代表性鋼種有無間隙原子(Interstitial Free，IF)鋼和雙相鋼等，為第一代汽車用鋼;而以奧氏體鋼為代表的第二代汽車用鋼的強(qiáng)塑積為60±10GPa％。這兩代汽車用鋼在工業(yè)使用上都存在限制，如第一代鋼強(qiáng)塑積過低，而第二代鋼太昂貴。近年來，很

2、多關(guān)于中錳鋼(Mn含量為4～12％)的研究中發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)塑積為≥30GPa％，是理想的第三代汽車用鋼。
　　本文主要研究Mn含量為8％和11％的TRIP鋼的組織演變和力學(xué)性能。研究表明TRIP鋼的力學(xué)性能取決于奧氏體的含量和穩(wěn)定性。優(yōu)化的淬火+回火的工藝使實(shí)驗(yàn)鋼獲得了大量的奧氏體，從而保證了拉伸過程中發(fā)生明顯的TRIP效應(yīng)。此外，本文還研究了奧氏體穩(wěn)定性的影響因素，如晶粒尺寸、形貌、化學(xué)成分等。本文獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納如下:
　　

3、(1)熱軋態(tài)實(shí)驗(yàn)鋼在750～800℃淬火并回火后獲得的力學(xué)性能優(yōu)于或與其他冷軋低合金TRIP鋼和中錳鋼相當(dāng)，但本實(shí)驗(yàn)鋼未經(jīng)冷軋工序且需要的熱處理時(shí)間較短。8Mn熱軋鋼能獲得810～1000MPa的抗拉強(qiáng)度和32～39％的伸長率;11Mn熱軋鋼能獲得880～1100MPa的抗拉強(qiáng)度和34～40％的伸長率;11Mn-Nb熱軋鋼能獲得960～1160MPa的抗拉強(qiáng)度和28～40％的伸長率。
　　(2)通過比較熱軋實(shí)驗(yàn)鋼在800℃淬火并回

4、火和未回火試樣的拉伸性能可知，回火可以顯著地提高實(shí)驗(yàn)鋼的塑性，主要是由于在回火過程中δ鐵素體的碳原子向臨近的奧氏體擴(kuò)散，提高了奧氏體的穩(wěn)定性，從而表現(xiàn)出更好的伸長率。對于在850～900℃淬火后的試樣，回火顯著提高塑性，降低強(qiáng)度，這主要是因?yàn)榛鼗瘃R氏體的生成使內(nèi)應(yīng)力降低。
　　(3)冷軋實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)過淬火后均能獲得優(yōu)秀的力學(xué)性能。8Mn冷軋鋼在730℃淬火后能獲得873MPa的抗拉強(qiáng)度和57％的伸長率;11Mn冷軋鋼在750℃淬火后能

5、獲得998MPa的抗拉強(qiáng)度和67％的伸長率;11Mn-Nb冷軋鋼在750℃淬火后能獲得979MPa的抗拉強(qiáng)度和63％的伸長率。11Mn鋼和11Mn-Nb的綜合力學(xué)性能是目前所報(bào)道的中錳鋼中最好的。
　　(4)通過研究11Mn熱軋實(shí)驗(yàn)鋼拉伸過程中的變形行為首次觀察到不連續(xù)TRIP效應(yīng)，并闡明了其產(chǎn)生的主要原因:第一，馬氏體相變產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致δ鐵素體和臨界鐵素體的變形，最終引起局部應(yīng)力松弛和轉(zhuǎn)移;第二，奧氏體具有不同等級的穩(wěn)定性使得

6、只有達(dá)到某一臨界應(yīng)力時(shí)TRIP效應(yīng)才能發(fā)生。而且，研究發(fā)現(xiàn)臨界鐵素體的分割使奧氏體由塊狀變成不同厚度和長度的薄膜狀，因而具有不同等級的穩(wěn)定性。
　　(5)通過對11Mn熱軋實(shí)驗(yàn)鋼拉伸前后的組織進(jìn)行EBSD分析可知，奧氏體的晶粒取向在一定程度的影響奧氏體的穩(wěn)定性，具有大施密特因子的晶粒能優(yōu)先發(fā)生相變;但是，施密特因子并不是決定奧氏體穩(wěn)定性的決定性因素，形貌對奧氏體穩(wěn)定性的影響更大。
　　(6)通過研究不同溫度淬火后的拉伸試樣的

7、應(yīng)變硬化行為發(fā)現(xiàn)，拉伸過程中鐵素體的優(yōu)先變形能有效地推遲TRIP效應(yīng)的發(fā)生，使奧氏體在較大的應(yīng)變下發(fā)生TRIP效應(yīng)，從而使實(shí)驗(yàn)鋼獲得優(yōu)秀的伸長率。此外，實(shí)驗(yàn)獲得的應(yīng)變硬化行為與Crussard-Jaoul(C-J)分析的結(jié)果相一致。
　　(7)通過對11Mn冷軋實(shí)驗(yàn)鋼的研究表明，其應(yīng)變硬化中第三階段的鋸齒波動(dòng)行為主要是由于不連續(xù)TRIP效應(yīng)的作用。而不連續(xù)TRIP效應(yīng)主要是由于錳元素的不均勻分布使得奧氏體具有不同等級的穩(wěn)定性。研究