低硅TRIP钢的力学性能及残余奥氏体稳定性研究.pdf

　７２　　　材料工程／２０１０年４期　　低硅ＴＲＩＰ钢的力学性能及残余奥氏体稳定性研究　　　　　　　　　　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｙａｎｄＲｅｔａｉｎｅｄＡｕｓｔｅｎｉｔｅｏｆＬｏｗ－ＳｉＴＲＩＰＳｔｅｅｌ　　　　　　　定巍，江海涛，唐荻，田志强，殷安民　　　　（北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京１０００８３）　　　—　　—　　ＤＩＮＧＷｅｉ，ＪＩＡＮＧＨａｉｔａｏ，ＴＡＮＧＤｉ，ＴＩＡＮＺｈｉｑｉａｎｇ，ＹＩＮＡｎ－ｒａｉｎ　　　　　　　　（ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＲｏｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　　　　　　　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　摘要：通过常温拉伸实验研究低ＳｉＴＲＩＰ钢的力学性能及其加工硬化特点，利用扫描电镜（ＳＥＭ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、电　　　　　　　子背散射衍射（ＥＢＳＤ）、透射电镜（ＴＥＭ）等手段研究低ＳｉＴＲＩＰ钢在拉伸变形前后组织变化特别是残余奥氏体特性的变　　　　　　　　　　　　　　化。结果表明：低ＳｉＴＲＩＰ钢表现出良好的力学特性，没有屈服平台，低的屈强比，同时又拥有比双相钢更好的延伸率和　　　　　　　　　　　均匀应变。ＴＲＩＰ钢的残余奥氏体的分布也影响着其稳定性，分布在铁素体晶内的残余奥氏体在拉伸变形后仍然存在。　　　关键词：低硅ＴＲＩＰ钢；力学性能；加工硬化；残余奥氏体　　中图分类号：ＴＧ１４２．１　　文献标识码：Ａ　———　文章编号：１００１４３８１（２０１０）０４００７２０４　　　　　—　　　　—　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＡｌｏｗＳｉＴＲＩＰｓｔｅｅ１ｗｅｒｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｂｙｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅ　　　　　　　　　　—　ｃｈａｎｇｅｏｆｒｅｔａｉｎｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅ，ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），ｘ＿ｒａｙｄｉｆｆｒａｃ　　　—　　　　　　　ｔｉｏｎ（ＸＲＤ），ｅｌｅｃｔｒｏｎｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＥＢＳＤ）ａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　　　　　　　　　　　　　　　（ＴＥＭ）．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ１ｏｗ－ＳｉＴＲＩＰｓｔｅｅｌｈａｓｇｏｏｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｎｏｙｉｅｌｄｐｏｉｎｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　ａｎｄｐｏｓｓｅｓｓｏｆｌＯＷｙｉｅｌｄｒａｔｉｏ，ｍｅａｎｔｉｍｅｉｔｈａｓｂｅｔｔｅｒｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｓｔｒａｉｎｔｈａｎＤＰ　　　　　　　　　—　　　—　ｓｔｅｅ１．ＲｅｔａｉｎｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｓｏａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｌｏｗＳｉＴＲＩＰｓｔｅｅｌ，ｒｅｔａｉｎｅｄａｕｓ　　　　　　　　　　ｔｅｎｉｔｅｉｎｆｅｒｒｉｔｅｇｒａｉｎｓｔｉｌｌｅｘｉｓｔｓａｆｔｅｒｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ．　　　　—　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：１ｏｗ－ＳｉＴＲＩＰｓｔｅｅｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇ；ｒｅｔａｉｎｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅ　　　　ＴＲＩＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｄｕｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｉｔｙ）钢即相　　变诱导塑性钢，具有高的屈服强度和抗拉强度，延展性　　　强，冲压成形能力高，用作汽车钢板可减轻车身自重，　　　降低油耗，同时还具有较强的能量吸收能力，能够抵御　　撞击时的塑性变形，显著提升了汽车的安全等级，具有　　　明显的优越性［１］。ＴＲＩＰ效应是钢中的残余奥氏体在　变形过程中诱发马氏体相变，使材料的局部加工硬化能　　　　　　　　力提高并推迟缩颈的发生，从而提高钢的强度和塑　　性引。　—　　　　　常用Ｃ－ＭｎＳｉ系ＴＲＩＰ钢中，元素ｓｉ的含量（质　　　　　　量分数）一般在１．５～２之间。Ｓｉ能有效提高残余　　　　奥氏体的稳定性，同时Ｓｉ还有较强的固溶强化作用，　　　　能提高ＴＲＩＰ钢中铁素体的强度，然而高的Ｓｉ含量会　　　　　　　　　　　　　　　降低热轧钢板的表面质量和冷轧钢板的涂层性能口］。　　　由于Ａｌ与Ｓｉ有类似的不溶于渗碳体以及强烈阻止奥　　　氏体中渗碳体析出等特点，因此，有学者尝试着用Ａｌ　　　　来完全或部分替代Ｃ－Ｍｎ－Ｓｉ系ＴＲＩＰ钢中的ｓｉ＿４］。　　　　　　　　　本工作研究了一种低ＳｉＴＲＩＰ钢在拉伸变形时的　　力学行为以及其微观组织，特别是残余奥氏体的演变，　　　探讨了低ＳｉＴＲＩＰ钢其残余奥氏体分布及残余奥氏体　　　　　　　　分布对稳定性的影响规律。　　　　１实验过程　　　１．１实验材料　　　　　　　　　　　实验用钢化学成分如表１所示。合金经真空熔炼　　　　后热锻至７０ｍｍ厚，在１２ｏｏ￣Ｃ的箱式加热炉中加热保　　　　　　　　　　　　　　温２ｈ，热轧至５ｍｍ厚，酸洗，最终冷轧至１．２５ｒａｍ厚　　　　的薄板。冷轧钢板用Ｇｌｅｅｂｌｅ３５００进行热处理，在两　　相区保温一段时间，然后快冷至贝氏体区域温度保温一　　段时间，等温处理后空冷至室温。　　　　表１实验用钢的化学成分　　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅｘａｍｉｎｅｄｓｔｅｅｌ　　　低硅ＴＲＩＰ钢的力学性能及残余奥氏体稳定性研究　７３　　　１．２实验方法　　　　　　　　　　　　　用线切割法切拉伸试样为Ｌ。一５０ｍｍ的非比例　　　　　　　　　　　　　　　　拉伸试样，在室温下用万能拉伸实验机进行力学性能　　　　　　　　　　　测试，加载速率为２１ｎｍ／ｍｉｎ，测得试样的屈服强度、抗　　拉强度和断后伸长率。　　　　　　　　　　　　　　　利用式（１）来计算试样拉伸时随应变增加而变化　　　的值ｌ　＿５］。一　　　㈩　　　　　　　　　式中：，ｅ分别表示应力和应变。　　　　测定和计算残余奥氏体含量和残余奥氏体的碳含　　　　　　量时，采用Ｄ５０００Ｘ射线衍射仪得到衍射图谱，再利　　　　　　　　　　　　　　用Ｘ射线衍射分析软件进行寻峰处理，并计算衍射峰　　　　　　　　　　　　　角度、半高宽以及积分强度，选择奥氏体的｛２００｝，　　　　　　｛２２０），｛３ｌ１）衍射线以及铁素体的｛２００｝，｛２１１｝衍射　　　线，利用公式（２）计算残余奥氏体的体积分数］：　　　残余奥氏体的含碳量（质量分数／）用公式（３）进　　　　行计算：—　　Ｃ７＝：＝（ｎ７３．５４７）／ｏ．０４６７　（３）　　　式中：ａ是残余奥氏体｛２２０｝的晶格常数。　　　　　为了避免在机械研磨和抛光时可能发生的形变诱导　　　　　　　　　　　　相变，影响奥氏体含量的检测结果，试样进行电解抛光，　　　　　电解液用７ｏ（体积分数）无水乙醇，２Ｏ（体积分数）高　　氯酸，１０％（体积分数）丙三醇的混合溶液，电压１５Ｖ。　　　　　　　　　　　　　　　　　试样经机械打磨和抛光后，用４（体积分数）的　　　　　　　　　硝酸酒精侵蚀，ＬＥＯＩ４５０扫描电镜（ＳＥＭ）进行组织观　　　　　　　　　　　　察。ＥＢＳＤ试样经过机械打磨后利用电解抛光清除试　　　　　　　　　　　　　　样表面的应力层，然后在ＬＥＯ１４５０扫描电镜（ＳＥＭ／　　　　　　　　　　　　　　　ＥＢＳＤ）上进行分析。ＴＥＭ试样经机械研磨后，在－－℃　　　　２０进行双喷减薄，所用双喷液为５（体积分数）高　　　　　氯酸＋９５（体积分数）无水乙醇，液氮冷却，电压５０Ｖ。一　　　　　　（２）２实验结果　　　　　　　　　　　式中：Ｉ是奥氏体｛２００），｛２２０），和｛３１１）晶面衍射峰‘　　　　　　　　的积分强度；是铁素体｛２００），｛２１１）晶面衍射峰的　　２．１力学性能　　　　积分强度；Ｋ，Ｋ，分别是铁素体相和奥氏体相的反射　　　表２是试样的基本力学性能。图１是试样拉伸时　　系数。　　　　　　　　　　的应力一应变曲线。由表２可知，该试样拥有低的屈强　　　　　　表２试样的力学性能　　　　　　　Ｔａｂｌｅ２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓａｍｐｌｅ　曼＼　　巷　鲁　ｇ　［－－　　　　比，这点与双相钢类似，低于传统的ＴＲＩＰ钢。同时该　　　　　　　　　　　　　　　试样断后延伸率达到２３，远高于同等强度级别的双　　　　相钢，而略低于同等强度级别的传统ＴＲＩＰ钢。该试　　　　　　　样的强塑积达到１９５９６ＭＰａ。　　　　　２．２拉伸前后的组织　　　　　利用ＸＲＤ测得试样的衍射峰如图２所示，图２中　　　　　　　　　　　　　　ｆｃｃ指面心立方，ｂｃｃ指体心立方。经过计算可得到拉　　　　　　　　　　　　　　　伸前残余奥氏体量为１１．０７，碳含量为１．３０，拉伸　　　　　　　　　　　　　后残余奥氏体量为３．３９，碳含量为１．３９。由拉伸　　　　　　　　　　　　　　　　　前后残余奥氏体量的变化可知，在拉伸过程中大量残　　　　　　　　　　　　余奥氏体在外力作用下发生了马氏体相变。还有　　　　　　　　　　　　　　　　３．３９的残余奥氏体没有发生马氏体相变，说明晶粒　　　　中存在稳定的残余奥氏体。从碳含量的变化来看，拉　　　伸后剩余的残余奥氏体碳含量比拉伸前要大。残余奥　　　　　　　　　　　　　　　　氏体的碳含量越高，残余奥氏体越稳定，但是１．３９　　　　　　　　　　　　　　的碳含量并不足以使残余奥氏体足够的稳定。因此，　　　　　　　　　　　决定残余奥氏体稳定性的已经不仅仅是残余奥氏体的　　碳含量，还存在其他影响因素。　　　　　　　　　　　图３为试样拉伸前后的微观组织。观察图３可以　　　　　　发现，在经过拉伸变形后，铁素体基体有很明显的变　　　　形，多边形或者是准多边形铁素体沿拉伸方向变形，为　　　　　　细长的铁素体。虽然拉伸铁素体产生了大量的变形，　　　但是铁素体晶内的细小残余奥氏体仍然被保留下来。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０ＯＯＯＯ０ＯＯＯＯ∞　∞　∞　　∞　　∞　　　如如加ｍ　８Ｏ　　　材料工程／２０１０年４期　　平整，但是涂层中存在有很多孔洞和部分裂纹，它们彼　　此相连，形成了一条大的裂隙，涂层结构疏松。氧化后　（图８（ｂ））＇涂层厚度变化不大，但是涂层中存在有几　｝　。　　　　　　十到１００／ｚｍ的孔洞，该孔洞贯穿整个涂层厚度，成为　　氧侵蚀Ｃ／Ｃ基体的通道。　　　３结论　　　　　　　　　（１）Ｃ／Ｃ复合材料防氧化涂层中ＳｉＯ微米粉的最　　　佳含量为１８时，所制得的防氧化涂层氧化失重率最　℃　　　　　　低，７００，３０ｈ氧化失重率为０．３８，有最好的抗氧化　　　　　效果，随着ｓｉ０２微米粉含量的增加或减少，氧化失重　率增长，抗氧化效果降低。　　　　（２）Ｃ／Ｃ复合材料防氧化涂层中，ＳｉＯ。纳米粉的　　　　　　　含量为６０Ａ～２４时，随着含量的增加，抗氧化性能降　　低。ＳｉＯ。纳米粉在炭／炭复合材料防氧化涂层中的最　佳含量有待于进一步研究。　　　　　　　　　　　　　　　（３）当ＳｉＯ２微米粉含量为１２，１８和２４时，℃　　　　　　　　　　　　７００，３０ｈ氧化失重率分别为１．２５０Ａ，０．３８和　　　　　　１．７９，均低于Ｓｉ０纳米粉最低氧化失重率２．８８　　　　　（ｇ－量为６％），ＳｉＯ。微米粉在该涂层中抗氧化效果明　　　　　　显优于Ｓｉ０纳米粉。　参考文献　　　　—　［１］ＳＡＶＡＧＥＧ．Ｃａｒｂｏｎ－ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｃａｍ　　　　ｂｒｉｄｇｅＣｈａｐｍａｎ＆Ｈａｌｌ。１９９３．　　　　　　　　　　［２］程基伟，罗瑞盈，王天民．炭／炭复合材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