CMnAl-TRIP鋼組織性能的研究.pdf

1、TRIP鋼由于TRIP效應(yīng)使鋼板在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)又不損失塑性，這種強(qiáng)化機(jī)制使其具有優(yōu)異的性能，在汽車(chē)業(yè)中應(yīng)用可節(jié)能減重、降低成本而又不失安全性，應(yīng)用前景廣闊。傳統(tǒng)CMnSi-TRIP鋼用硅元素來(lái)穩(wěn)定殘余奧氏體，但硅含量高于1﹪時(shí)鋼板表面易產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物，使鋼板涂鍍能力變差。用鋁替代硅可減少氧化物提高鋼板涂鍍能力和表面質(zhì)量，易于實(shí)現(xiàn)熱鍍鋅退火生產(chǎn)。CMnAl-TRIP鋼作為新鋼種，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

2、 本文設(shè)計(jì)了三種不同成分的CMnAl-TRIP鋼，利用熱膨脹模擬、X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡和光學(xué)電鏡、拉伸試驗(yàn)等測(cè)試方法，較為系統(tǒng)的研究了試驗(yàn)鋼的組織性能，發(fā)現(xiàn)了最佳的熱處理參數(shù)，討論了熱處理工藝參數(shù)和化學(xué)成分等因素對(duì)組織性能影響的原因，研究了殘余奧氏體的力學(xué)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋁替代硅后使CMnAl-TRIP鋼的Ac<,1>、Ac<,3>溫度升高，0.05P鋼Ac<,1>為750℃，0.1P和0.1 PSi兩種鋼Ac<,>都為

3、757℃，三種試驗(yàn)鋼加熱至1100℃也未獲得單一奧氏體區(qū)；在冷卻至貝氏體區(qū)等溫前會(huì)發(fā)生先共析鐵素體的生成，使雙相區(qū)奧氏體數(shù)量減少，剩余奧氏體的碳含量升高，并且高雙相區(qū)退火溫度更有利于先共析鐵素體的形成。 熱模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)0.05P鋼在770℃雙相區(qū)退火時(shí)奧氏體及其碳含量分別為25﹪和0.54﹪，在820℃時(shí)分別為35﹪和0.40﹪，在870℃分別達(dá)到45﹪和0.31﹪。但雙相區(qū)退火溫度對(duì)殘余奧氏體及其碳含量的影響并不呈單調(diào)變化趨勢(shì)

4、，在820℃雙相區(qū)退火試樣的殘余奧氏體含量為14﹪，碳含量為1.36﹪，都為最高值；熱模擬數(shù)據(jù)顯示相變動(dòng)力隨貝氏體等溫溫度的升高而升高，但奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變的數(shù)量卻呈下降趨勢(shì)。0.05P鋼420℃等溫時(shí)和450℃等溫時(shí)貝氏體相變動(dòng)力學(xué)差異不大，500℃等溫時(shí)在30s熱膨脹曲線有一明顯的下降過(guò)程，推斷為奧氏體發(fā)生了滲碳體的分解；0.05P鋼在680℃和720℃退火時(shí)的Avrami指數(shù)n分別為1.011和0.77，低于理想的Avrami指數(shù)

5、(2～4)。 通過(guò)不同雙相區(qū)退火溫度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三種試驗(yàn)鋼在不同退火溫度下都含有大于10﹪的殘余奧氏體，殘余奧氏體含量在800℃至890℃呈上升趨勢(shì)：鐵素體含量隨雙相區(qū)退火溫度的升高而降低，貝氏體含量則隨雙相區(qū)退火溫度的升高而升高；抗拉強(qiáng)度隨雙相區(qū)退火溫度的變化同殘余奧氏體的變化相似，屈服強(qiáng)度隨雙相區(qū)退火溫度的升高而升高；延伸率則相反；研究發(fā)現(xiàn)選擇雙相區(qū)退火溫度使鐵素體和奧氏體比為65﹪∶35﹪時(shí)可獲得最佳的力學(xué)性能，0.05P鋼在

6、820℃有最高值39.3﹪，0.1P鋼和0.1PSi鋼分別在820℃和770℃有最高值36.1﹪和36.6﹪，強(qiáng)塑積都高于22000 MPa﹪，頸縮時(shí)的n值都大于0.2。通過(guò)貝氏體等溫試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在貝氏體較少時(shí)間保溫組織中會(huì)形成馬氏體，殘余奧氏體含量較少；隨貝氏體保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，貝氏體轉(zhuǎn)變充分，馬氏體含量減少而殘余奧氏體及其碳含量增加；450℃等溫300s時(shí)發(fā)現(xiàn)滲碳體的析出，而在高溫500℃時(shí)30s就已發(fā)生奧氏體的分解，造成殘余奧氏體及其碳

7、含量的降低；試樣抗拉強(qiáng)度隨貝氏體保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，延伸率和屈服強(qiáng)度則隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而升高；450℃等溫時(shí)試樣力學(xué)性能優(yōu)于其它溫度，強(qiáng)塑積最高，0.05P鋼在450℃保溫60s時(shí)抗拉強(qiáng)度為646.5MPa，延伸率達(dá)到39.3﹪，強(qiáng)塑積為25400MPa﹪，和傳統(tǒng)CMnSi-TRIP鋼相當(dāng)，能滿足使用要求。實(shí)際生產(chǎn)中可圍繞820℃等溫2min和450℃保溫60s來(lái)設(shè)計(jì)熱鍍鋅退火生產(chǎn)線的熱處理工藝參數(shù)和板速等其它相關(guān)參數(shù)。 對(duì)比

8、合金成分對(duì)組織性能的影響發(fā)現(xiàn)磷、硅、銅的添加使0.1P鋼和0.1PSi鋼具有高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和低的延伸率，抗拉強(qiáng)度的提高是磷固溶強(qiáng)化和TRIP效應(yīng)綜合作用的結(jié)果；磷的添加提高了奧氏體的淬透性，在冷卻至貝氏體等溫時(shí)減少了先共析鐵素體的生成，使殘余奧氏體含量升高，殘余奧氏體碳含量降低，降低了殘余奧氏體的力學(xué)穩(wěn)定性，使應(yīng)變后期瞬時(shí)n值降低，導(dǎo)致延伸率的降低；由于鋼中鋁含量較高，試驗(yàn)中磷、硅含量對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響很小。銅元素提高了殘余奧氏

9、體含量，但使其碳含量降低。含銅鋼抗拉強(qiáng)度的提高是由于TRIP效應(yīng)、銅的固溶強(qiáng)化作用以及更多的貝氏體組織共同作用的結(jié)果。 分析瞬時(shí)n值和殘余奧氏體的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)n值特征與TRIP效應(yīng)有關(guān)，不同化學(xué)成分、熱處理工藝參數(shù)下試樣的瞬時(shí)n值特征都取決于殘余奧氏體的力學(xué)穩(wěn)定性；殘余奧氏體的力學(xué)穩(wěn)定性低時(shí)，應(yīng)變初期發(fā)生較快的馬氏體相變，對(duì)應(yīng)較強(qiáng)的TRIP效應(yīng)和高的瞬時(shí)n值；應(yīng)變后期由于較少的馬氏體相變，TRIP效應(yīng)弱，瞬時(shí)n值低，導(dǎo)致均勻延

10、伸率和延伸率的降低；而殘余奧氏體力學(xué)穩(wěn)定性高時(shí)在整個(gè)應(yīng)變階段都可持續(xù)地發(fā)生馬氏體相變，特別是在應(yīng)變后期能夠保證TRIP效應(yīng)，維持較高的瞬時(shí)n值，使試樣具有高的延伸率；研究TRIP鋼性能特點(diǎn)時(shí)，不僅要考慮殘余奧氏體的含量，更為重要的是要考慮殘余奧氏體的穩(wěn)定性。分析不同熱處理工藝參數(shù)和化學(xué)成分對(duì)殘余奧氏體力學(xué)穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)殘余奧氏體碳含量是決定其力學(xué)穩(wěn)定性的主要因素，不同貝氏體等溫溫度和保溫時(shí)間下貝氏體轉(zhuǎn)變程度不同，造成殘余奧氏體中碳含