TWIP鋼的板帶成型工藝及組織性能演變機(jī)理的研究.pdf

1、在社會倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的大背景下，汽車用鋼也向著輕量化的方向發(fā)展，TWIP鋼具有較低的比重(p=7.3g/cm3)，并且集高強(qiáng)度、高延展性、高成形性及高應(yīng)變硬化能力于一身，這種非幾的性能使其在提高汽車撞擊安全性的同時，大幅減輕車重，因而在汽車結(jié)構(gòu)部件上的應(yīng)用有巨大潛力。但是TWIP鋼的研究才剛剛起步，尚有很多問題需要解決，本文研究了TWIP鋼的熱加工行為及熱軋過程中邊裂產(chǎn)生的原因、冷軋及退火過程中晶界結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律及機(jī)理、拉伸變形過程中的形

2、變機(jī)理及其影響因素、TWIP鋼的薄帶鑄軋工藝及其組織、性能和形變機(jī)理。論文的創(chuàng)新性結(jié)果如下：
　　 (1)TWIP鋼凝固組織中A1元素的偏析和熱加工過程中經(jīng)過難加工區(qū)間（即低溫高應(yīng)變速率區(qū)域）是造成熱軋過程產(chǎn)生邊裂的主要原因。從TWIP鋼凝固組織及熱加工工藝參數(shù)的影響兩個方面分析了TWIP鋼熱軋過程中產(chǎn)生邊裂的原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于TWIP鋼在凝固過程中A1元素沿柱狀晶晶界偏析，導(dǎo)致A1N形成，弱化了晶界，并且由于在熱加工過程

3、中鑄錠被加熱到高溫，容易形成A1的氧化物而進(jìn)一步惡化凝固組織，因此A1的氮/氧化物的產(chǎn)生惡化了TWIP鋼的熱加工性能，使得熱加工過程中產(chǎn)生裂紋并沿夾雜物擴(kuò)展；采用單道次壓縮實(shí)驗(yàn)得到了TWIP鋼的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線并結(jié)合顯微組織的觀察，根據(jù)動態(tài)材料學(xué)模型預(yù)測了TWIP鋼在800～1000℃，應(yīng)變速率在0.01～10s-l范圍內(nèi)熱加工時的變形行為。結(jié)果表明，TWIP鋼在此區(qū)間內(nèi)進(jìn)行熱加工，存在難加工區(qū)間，即在低溫高應(yīng)變速率區(qū)域熱加工容易產(chǎn)生

4、流變失穩(wěn)，并且顯微組織與實(shí)驗(yàn)室條件下熱軋的顯微組織相符合。因此，應(yīng)減少TWIP鋼凝固過程中的元素偏析并避開難加工區(qū)間，以避免邊裂的產(chǎn)生。
　　 (2)選擇冷軋壓下量為10％退火溫度為1100℃，將TWIP鋼進(jìn)行單步形變熱處理或反復(fù)形變熱處理，可以得到較多的特殊晶界，斷開隨機(jī)晶界的連通性，從而優(yōu)化了晶界的結(jié)構(gòu)。利用EBSD技術(shù)，研究了不同冷軋壓下量及退大制度下TWIP鋼的晶界演變規(guī)律，在此基礎(chǔ)上分析了晶界結(jié)構(gòu)的演變機(jī)理。結(jié)果表明，

5、選擇冷軋壓下量為10％退火溫度為1100℃，將TWIP鋼進(jìn)行單步形變熱處理或反復(fù)形變熱處理均可以得到較多的特殊晶界，斷開隨機(jī)晶界的連通性，從而優(yōu)化晶界的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榻?jīng)過形變熱處理工藝后的TWIP鋼，由于冷軋壓下量較小，因此在高溫退火過程中發(fā)生了“應(yīng)變誘發(fā)晶界遷移”，造成晶界間的相互反應(yīng)，從而增加了特殊晶界的比例；并且，組織中形成了大量的特殊晶界三節(jié)點(diǎn)，代替了部分隨機(jī)晶界，從而斷開了隨機(jī)晶界的連通性，改善了晶界的分布。對TWIP鋼的力學(xué)

6、性能測試和試樣腐蝕行為的分析得知，通過形變熱處理工藝改善TWIP鋼的晶界結(jié)構(gòu)及分布可以提高TWIP鋼的斷裂韌性和抗晶間腐蝕性能。
　　 (3)根據(jù)TWlP鋼應(yīng)變硬化行為和顯微組織的特點(diǎn)，可將其拉伸變形過程分為三個變形階段，在不同的變形階段位錯、形變孿晶與位錯及形變孿晶之間的交互作用均可以提高TWIP鋼的加工硬化能力，最終產(chǎn)生“TWIP”效應(yīng)。通過對TWIP鋼拉伸變形過程中顯微組織的觀察以及真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線特征的分析得出，TWI

7、P鋼在拉伸變形過程中的變形行為可分為三個階段：第一個階段(ε<0.07)，平面位錯結(jié)構(gòu)是主要的變形組織，位錯滑移為主要的變形機(jī)制，因此加工硬化指數(shù)較小，加工硬化速率迅速降低。第二個變形階段(0.07<ε<0.17)，位錯和形變孿晶是變形組織的主要特征，形變孿晶與位錯的交互作用為主要的變形機(jī)制，此階段TWIP鋼的加工硬化速率出現(xiàn)平臺，加工硬化指數(shù)增加。第三個變形階段(ε>0.17)，不同孿晶面上的兩組形變孿晶和位錯是主要的變形組織，位錯和

8、形變孿晶、形變孿晶之間的交互作用為主要的變形機(jī)制，在此變形階段，加工硬化速率緩慢降低，加工硬化指數(shù)達(dá)到了峰值。正是由于TWIP鋼拉伸變形過程中得到了較高的加工硬化速率和加工硬化指數(shù)，使得TWIP鋼變形時產(chǎn)生無頸縮的大延伸，從而獲得了“TWIP”效應(yīng)。
　　 (4)利用薄帶鑄軋工藝制造TWIP鋼可以避免熱加工過程中的邊裂現(xiàn)象，并且得到優(yōu)良的力學(xué)性能，其均勻延伸率可以達(dá)到常規(guī)工藝的81％；由于鑄軋工藝得到的晶粒尺寸較小，抑制了TWI

9、P效應(yīng)的發(fā)揮。由于薄帶鑄軋工藝亞快速凝固及短流程的特點(diǎn)，利用該工藝制造TWIP鋼，可以減少凝固組織中A1元素的偏析并省略常規(guī)工藝中的熱軋工序，避開難加工區(qū)間，因而可以得到表面及邊部質(zhì)量優(yōu)良的薄帶。探索了薄帶鑄軋TWIP鋼的后續(xù)處理工藝、顯微組織、力學(xué)性能及形變機(jī)理，結(jié)果表明，薄帶鑄軋TWIP鋼經(jīng)過1100℃固溶處理20min后冷軋，并在1100℃固溶處理6min后可烈得到較好的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)655MPa，延伸率可達(dá)57.4％，