Fe-Mn-C系TWIP鋼組織性能及變形機(jī)制的研究.pdf

1、TWIP(Twins Induced Plasticity)鋼具有卓越的延展性、較高的強(qiáng)度、良好的成形性和較強(qiáng)的撞擊能量吸收能力，從而受到越來越多的關(guān)注。將TWIP鋼用作汽車鋼板，可減輕車重、降低油耗，同時(shí)能夠抵御撞擊時(shí)的塑性變形，顯著提高汽車的安全等級(jí)，在汽車結(jié)構(gòu)部件上的應(yīng)用有巨大潛力。隨著生產(chǎn)工藝的不斷提高和完善，TWIP鋼板的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)將成為可能，應(yīng)用前景也將更加廣闊。但TWIP鋼的研究才剛剛起步，尚有很多問題需要解決。本文

2、研究了Fe-Mn-C系TWIP鋼的熱加工行為及組織演變規(guī)律，冷軋TWIP鋼拉伸變形過程中的形變機(jī)理及其影響因素，VC沉淀粒子對(duì)TWIP鋼延遲斷裂及加工硬化行為的影響，TWIP鋼的薄帶鑄軋工藝、組織、性能和形變機(jī)理。論文的創(chuàng)新性結(jié)果如下：
　　(1)通過熱模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種不同化學(xué)成分TWIP鋼的熱變形行為及組織演變規(guī)律進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，處于固溶狀態(tài)的V元素對(duì)TWIP鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶沒有明顯影響。隨著變形溫度的降低，VC沉淀粒子的析出將

3、抑制TWIP鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。分析了TWIP鋼變形抗力的影響因素并建立了變形抗力模型。根據(jù)熱加工圖理論，以動(dòng)態(tài)材料模型為基礎(chǔ)，建立了TWIP鋼的熱加工圖。結(jié)果表明，TWIP鋼在低溫高應(yīng)變速率區(qū)域熱變形時(shí)易產(chǎn)生流變失穩(wěn)，應(yīng)盡可能在高溫低應(yīng)變速率下進(jìn)行軋制變形，以產(chǎn)生有利于變形的再結(jié)晶組織，避免熱加工裂紋的產(chǎn)生。
　　(2)研究了TWIP鋼力學(xué)性能及變形機(jī)制隨退火溫度的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，TWIP鋼拉伸變形過程可分為三個(gè)變形階段:第

4、一個(gè)階段，位錯(cuò)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(gè)階段，形變孿晶與位錯(cuò)的交互作用為主要的變形機(jī)制，此階段出現(xiàn)一個(gè)加工硬化速率平臺(tái)，加工硬化指數(shù)增加;第三個(gè)階段，位錯(cuò)和形變孿晶、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。隨著退火溫度的升高，晶粒不斷長(zhǎng)大，產(chǎn)生形變孿晶的臨界應(yīng)力逐漸降低，使得形變孿晶在拉伸變形過程中持續(xù)形成，增加了“TWIP效應(yīng)”，

5、斷裂延伸率也隨之增加。
　　(3)研究了溫度(25～400℃)及應(yīng)變速率(10-3～103s-1)對(duì)TWIP鋼拉伸變形過程中組織及形變機(jī)理的影響。通過對(duì)微觀組織及加工硬化速率隨真應(yīng)變的變化規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，隨著變形溫度的升高，TWIP鋼的變形機(jī)制由孿生變形轉(zhuǎn)變?yōu)榛谱冃巍Ｍㄟ^熱力學(xué)公式估算了不同溫度下層錯(cuò)能(Γ)的大小，分析了層錯(cuò)能與變形機(jī)制的依賴關(guān)系。結(jié)果表明:當(dāng)19mJ/m2≤Γ≤32mJ/m2時(shí)，變形機(jī)制為孿生;當(dāng)32mJ/m

6、2＜Γ＜76mJ/m2時(shí)，滑移與孿生相互競(jìng)爭(zhēng)是主要的變形機(jī)制;當(dāng)?！?6mJ/m2時(shí)，變形機(jī)制為滑移。研究了不同應(yīng)變速率對(duì)TWIP鋼變形機(jī)制的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)變速率在10-3s-1～1s-1變化時(shí)，隨著應(yīng)變速率的增加，由于沒有足夠的時(shí)間使得位錯(cuò)塞積并激發(fā)孿晶，隨真應(yīng)變的增加加工硬化速率下降的越來越快。當(dāng)應(yīng)變速率進(jìn)一步增加到102s-1時(shí)，加工硬化速率隨著真應(yīng)變的增加反而上升，出現(xiàn)一個(gè)加工硬化速率平臺(tái)。這是由于在高速應(yīng)變狀態(tài)下，孿晶的

7、臨界形核應(yīng)力降低，許多原本取向不利于生成孿晶的晶粒也開始產(chǎn)生形變孿晶，從而產(chǎn)生加工硬化速率平臺(tái)。
　　(4)研究了VC沉淀粒子對(duì)TWIP鋼延遲斷裂及加工硬化行為的影響，并對(duì)VC沉淀粒子與形變孿晶的交互作用機(jī)制進(jìn)行了探討。研究發(fā)現(xiàn)，VC沉淀粒子作為“氫陷阱”對(duì)TWIP鋼的延遲斷裂性能有明顯改善。通過相同晶粒尺寸不同化學(xué)成分TWIP鋼的加工硬化速率曲線的研究發(fā)現(xiàn)，含V元素實(shí)驗(yàn)鋼在較大的應(yīng)變量下才進(jìn)入加工硬化速率平臺(tái)區(qū)，且平臺(tái)區(qū)較短，這

8、說明VC沉淀粒子在變形過程中抑制了形變孿晶的產(chǎn)生及增殖。通過HR-TEM的進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，沉淀粒子與形變孿晶之間交互作用存在以下三種形式:當(dāng)沉淀粒子尺寸小于10nm時(shí)，形變孿晶可直接切過沉淀粒子而繼續(xù)傳播;當(dāng)沉淀粒子尺寸在10～50nm變化時(shí)，一部分形變孿晶可以穿過，而另一部分停止在沉淀粒子的界面處;當(dāng)沉淀粒子大于50nm，形變孿晶停止在沉淀粒子內(nèi)部或界面處，孿晶的增殖完全被抑制。
　　(5)研究了TWIP鋼鑄軋薄帶的后續(xù)處理工藝