高錳TRIP鋼組織性能演變機(jī)理及薄帶成型方法研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)面臨的市場競爭日趨激烈，各生產(chǎn)廠商在提高汽車安全指標(biāo)的同時降低重量成為必然發(fā)展方向。高錳TRIP鋼的顯微組織主要由亞穩(wěn)態(tài)奧氏體組成，在變形過程中相變?yōu)轳R氏體，使強(qiáng)度增加的同時也使塑性大大增加，實現(xiàn)了其它鋼種不具備的強(qiáng)韌性最優(yōu)組合。因此，高錳TRIP鋼的開發(fā)對未來汽車生產(chǎn)有重要影響，有望在未來汽車結(jié)構(gòu)件上得到廣泛應(yīng)用。但是，高錳TRIP鋼的研究才剛剛起步，尚有很多問題需要解決。本文研究了高錳TRIP鋼的熱變形行為及組織演化規(guī)律

2、、熱軋固溶處理過程中力學(xué)性能隨保溫時間的變化規(guī)律、冷軋高錳TRIP鋼拉伸變形過程中的形變機(jī)理及其影響因素、雙輥鑄軋高錳TRIP鋼薄帶工藝及其組織、性能和形變機(jī)理。論文的創(chuàng)新性結(jié)果如下:
　　(1)通過高溫單軸壓縮實驗測定了兩種典型成分的高錳TRIP鋼的流變應(yīng)力曲線。研究了高錳TRIP鋼在高溫壓縮過程中的變形行為、變形組織特點以及組織演化行為，建立了高錳TRIP鋼的本構(gòu)關(guān)系。分析了高錳TRIP鋼高溫變形抗力的影響因素并建立了變形抗力

3、模型。通過動態(tài)材料學(xué)模型和金相組織的分析預(yù)測了高錳TRIP鋼在800～1050℃，應(yīng)變速率在0.01～10.0s-1范圍內(nèi)熱加工時的變形行為，建立了熱加工圖。結(jié)果表明，高錳TRIP鋼在低溫高應(yīng)變速率區(qū)域熱加工時容易產(chǎn)生流變失穩(wěn)，在軋制過程中應(yīng)該盡可能在高溫低應(yīng)變速率下變形，以產(chǎn)生有利于變形的再結(jié)晶組織，避免產(chǎn)生熱加工開裂。
　　(2)研究了三種成分的高錳TRIP鋼固溶處理過程中各相組織及力學(xué)性能隨保溫時間的變化規(guī)律。通過對不同熱處

4、理條件下的試樣微觀組織的TEM觀察并結(jié)合加工硬化速率與真應(yīng)變的變化關(guān)系，精確測定了高錳TRIP鋼變形過程中奧氏體、ε-馬氏體和α'-馬氏體之間的取向關(guān)系，明確了形變誘導(dǎo)馬氏體相變的形成機(jī)理及其對材料加工硬化行為的影響。形變誘導(dǎo)馬氏體的相變途徑為γ→α'和γ→ε→α'。奧氏體與α'-馬氏體之間存在K-S取向關(guān)系;奧氏體和ε-馬氏體之間存在S-N取向關(guān)系;ε-馬氏體與α'-馬氏體之間存在Burgers取向關(guān)系。適當(dāng)增加熱軋高錳TRIP鋼固溶

5、處理時間，可以提高高錳TRIP鋼的力學(xué)性能。形變誘導(dǎo)馬氏體相變可以提高實驗鋼的加工硬化能力，在拉伸變形過程中表現(xiàn)在加工硬化速率隨真應(yīng)變的增加而增大。
　　(3)研究了高錳TRIP鋼在單軸拉伸變形過程中的加工硬化行為，通過真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線以及加工硬化速率和加工硬化指數(shù)隨真應(yīng)變的變化關(guān)系研究了高錳TRIP鋼的變形行為和相關(guān)機(jī)理。通過高分辨電子顯微分析，研究了高錳TRIP鋼相變過程中的α'-馬氏體形核位置，結(jié)合冷軋高錳TRIP鋼應(yīng)變硬

6、化行為和顯微組織的特點，將拉伸變形過程分為三個變形階段。對于典型高錳TRIP鋼，在變形階段Ⅰ:應(yīng)力誘發(fā)ε-馬氏體相變由層錯直接形核。變形階段Ⅱ:由于位錯之間的相互纏結(jié)或ε-馬氏體生成受到阻礙，造成局部的應(yīng)力集中，再生成第二個方向的ε-馬氏體，當(dāng)后生成的ε-馬氏體遇到先生成的ε-馬氏體時，會在交截處生成α'-馬氏體;由于形變誘導(dǎo)馬氏體的產(chǎn)生，加工硬化速率隨真應(yīng)變的增加而增加。變形階段Ⅲ:形變誘導(dǎo)馬氏體的增加量迅速減少，造成加工硬化速率下降

7、。
　　(4)利用透射電子顯微鏡(TEM)對微觀組織的觀察，研究了不同變形溫度(25，100，200，400℃)下高錳TRIP鋼變形機(jī)制的差別，以及形變誘導(dǎo)馬氏體與形變孿晶的特點。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著變形溫度的升高，高錳TRIP鋼的變形機(jī)制由形變誘導(dǎo)馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫儗\晶和γ→ε相變相互競爭機(jī)制，再到孿生和滑移機(jī)制。通過熱力學(xué)公式估算了不同溫度下層錯能的大小，分析了層錯能與變形機(jī)制的依賴關(guān)系，研究了層錯能對馬氏體相變的影響規(guī)律。結(jié)果表

8、明，當(dāng)高錳TRIP鋼的層錯能低于10.0mJ/m2時，變形機(jī)制為形變誘導(dǎo)馬氏體相變;當(dāng)17.7mJ/m2＜Γ＜36.4 mJ/m2時，形變孿晶和γ→ε相變相互競爭成為主要的變形機(jī)制;當(dāng)36.4mJ/m2＜Γ＜41.9mJ/m2時，變形機(jī)制為孿生和滑移;當(dāng)41.9mJ/m2＜Γ＜78.3mJ/m2時，變形機(jī)制為滑移。
　　(5)利用雙輥鑄軋工藝制備高錳TRIP鋼薄帶可以避免熱加工過程中的邊裂現(xiàn)象，獲得邊部整齊，表面質(zhì)量良好，無宏觀裂

9、紋的薄帶。雙輥鑄軋高錳TRIP鋼薄帶經(jīng)冷軋退火后的屈服強(qiáng)度較常規(guī)工藝稍低，抗拉強(qiáng)度與傳統(tǒng)工藝相同，斷裂總延伸率與常規(guī)工藝接近。因此，雙輥鑄軋薄帶技術(shù)生產(chǎn)高錳鋼具有較大的優(yōu)勢和可行性。利用薄帶鑄軋工藝得到的高錳TRIP鋼試樣在變形過程中表現(xiàn)出三階段，與鑄軋工藝得到的高錳TRIP鋼表現(xiàn)基本相同。在變形階段Ⅰ，加工硬化速率隨著真應(yīng)變的增加迅速下降;在變形階段Ⅱ，加工硬化速率隨真應(yīng)變的增加而增加，這意味著形變誘導(dǎo)馬氏體的產(chǎn)生，發(fā)生了TRIP效應(yīng)