高延伸凸緣型鐵素體-貝氏體鋼的組織演變及力學(xué)行為.pdf

1、熱軋雙相鋼具有強(qiáng)度高、屈強(qiáng)比低、初始加工硬化率高以及強(qiáng)度和韌性配合良好等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最多的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（Advanced High Strength Steel,AHSS）之一。與傳統(tǒng)的鐵素體/馬氏體雙相（FMDP）鋼相比，鐵素體/貝氏體雙相（FBDP）鋼具有強(qiáng)度和冷成形性的匹配，且焊接、疲勞以及延伸凸緣性能優(yōu)良，是底盤和車輪等部件用熱軋高強(qiáng)度鋼的理想材料。本文結(jié)合上海寶鋼集團(tuán)公司開發(fā)項目“鐵素體/貝氏體高擴(kuò)孔鋼的相變及強(qiáng)化機(jī)理”，

2、研究低碳硅-錳鋼在連續(xù)冷卻及等溫過程中的相變行為，利用控軋控冷（Thermo-Mechanical Control Process,TMCP）工藝開發(fā)出經(jīng)濟(jì)型的熱軋F(tuán)BDP鋼板，通過擴(kuò)孔實驗評價不同強(qiáng)度級別FBDP鋼板的延伸凸緣性能，并對FBDP鋼在單軸拉伸下的變形行為和斷裂機(jī)理，以及擴(kuò)孔成形中的裂紋形成及其擴(kuò)展行為進(jìn)行研究，取得了如下研究成果：
　　 （1）通過熱模擬實驗研究不同硅、錳含量的低碳鋼在連續(xù)冷卻過程中的相轉(zhuǎn)變規(guī)律，

3、定量分析合金元素、熱變形工藝參數(shù)以及冷卻速度對相變溫度和轉(zhuǎn)變組織的影響。結(jié)果表明：1）硅含量增加使Ar3溫度升高，錳含量增加使Ar3溫度降低，但錳對Ar3溫度的影響效果強(qiáng)于硅；2)硅對Ar3溫度的影響與變形條件有關(guān)，增加硅含量使未變形條件下Ar3溫度升高的更加明顯；3）硅在促進(jìn)多邊形鐵索體形成的同時，也抑制了貝氏體相變，而錳不僅細(xì)化了鐵素體和貝氏體組織，還促進(jìn)了貝氏體的形成；4）變形使低硅鋼中貝氏體鐵素體板條變得細(xì)而短，使高硅鋼中鐵素體

4、以及M/A島的分布更均勻。
　　 （2）通過等溫轉(zhuǎn)變實驗研究硅含量和變形對鐵素體和貝氏體轉(zhuǎn)變的影響及機(jī)理，采用超組元方法，修正后的Zener兩參數(shù)（考慮了碳、硅和錳等元素之間的交互作用），對等溫轉(zhuǎn)變過程中相變熱力學(xué)和相變動力學(xué)進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：1）隨硅含量增加，y→a轉(zhuǎn)變的孕育期縮短，y→B轉(zhuǎn)變的孕育期延長；2）隨著硅含量增加，組織中鐵素體晶粒細(xì)化，且貝氏體鐵素體的形態(tài)由細(xì)長條狀變?yōu)槎虠U狀；3）奧氏體變形后，組織中鐵素體的

5、形態(tài)多呈等軸狀，鐵素體晶粒明顯細(xì)化，貝氏體的體積分?jǐn)?shù)減少；4）增加硅含量或奧氏體變形增大了碳在y/(y+a)或a/(a+y)相界面的平衡濃度，以及y→a轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力|△Gr→a|。
　　 （3）通過TMCP實驗，在低碳硅-錳鋼中獲得具有鐵素體和貝氏體組織的FBDP鋼，研究合金元素和工藝參數(shù)對實驗鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：1）以低碳硅-錳鋼為基礎(chǔ)，合理選擇硅、錳含量和TMCP工藝參數(shù)，可獲得不同強(qiáng)度級別的高延伸凸緣

6、型FBDP鋼板：抗拉強(qiáng)度可達(dá)472.5～721.5MPa，伸長率可達(dá)27.4～43.8％，擴(kuò)孔率可達(dá)95～117.8％，滿足高延伸凸緣鋼擴(kuò)孔率λ≥80％和伸長率A≥20％的標(biāo)準(zhǔn)，且比較經(jīng)濟(jì)；2）增加錳含量，可以有效提高實驗鋼的強(qiáng)度和韌性，但塑性和延伸凸緣性能有所下降；3）在實驗范圍內(nèi)，當(dāng)硅含量由0.06％增加至0.57％時，實驗鋼的抗拉強(qiáng)度、韌性和延伸凸緣性能均提高；當(dāng)硅含量增至0.92％時，實驗鋼的抗拉強(qiáng)度升高，但韌性和延伸凸緣性能下

7、降；當(dāng)硅含量為0.57％時，實驗鋼具有強(qiáng)度、韌性和延伸凸緣性能的良好匹配：4）與鐵素體/珠光體鋼和FMDP鋼相比，F(xiàn)BDP鋼具有良好的強(qiáng)度與延伸凸緣性能之間的平衡；5）終軋溫度的降低雖然有利于細(xì)晶粒鐵素體的形成，改善鋼材的塑性和韌性，但也使組織中貝氏體的體積分?jǐn)?shù)降低，導(dǎo)致鋼材的抗拉強(qiáng)度降低以及屈強(qiáng)比升高。
　　 （4）研究FBDP鋼在擴(kuò)孔過程中的裂紋形成及擴(kuò)展行為。結(jié)果表明，預(yù)制圓孔的邊緣是擴(kuò)孔成形的變形危險區(qū)，當(dāng)該處的切向伸長

8、超過材料的成形極限時，就會產(chǎn)生縮頸或裂紋。FBDP鋼的裂紋擴(kuò)展主要以微孔聚集模式進(jìn)行，當(dāng)遇到貝氏體時，裂紋通過F-B相界面并剪斷鐵素體進(jìn)行擴(kuò)展。在裂紋擴(kuò)展中，大部分的等軸鐵素體在應(yīng)力場作用下沿垂直于裂紋方向被顯著拉長，這表明裂紋擴(kuò)展在FBDP鋼中進(jìn)行時，強(qiáng)度較低的鐵素體在應(yīng)力場的作用下會產(chǎn)生較大的塑性變形，在一定程度上減弱了裂紋附近的應(yīng)力集中，阻止了裂紋擴(kuò)展。
　　 （5）對FBDP鋼在單軸拉伸下的變形行為和斷裂特性的研究表明：

9、在均勻塑性變形階段，F(xiàn)BDP鋼的n*（瞬時加工硬化指數(shù)）值隨真應(yīng)變ε的增加呈逐漸減小趨勢，且n*-ε曲線大體可以分為n*較高，n*隨ε增加而緩慢下降，以及n*隨ε增加而迅速下降等三個階段。與HSLA和FMDP鋼相比，F(xiàn)BDP鋼在低應(yīng)變區(qū)域具有明顯高的加工硬化值。在拉伸斷裂的縮頸過程中，F(xiàn)BDP鋼的孔洞或微裂紋多產(chǎn)生在鐵素體內(nèi)或F-B相界面附近。通過壓縮-拉伸實驗測定了FBDP鋼的包辛格效應(yīng)參量以及預(yù)壓縮變形對FBDP鋼的加工硬化速率dσ