【摘要】：隨著汽車工業(yè)對(duì)節(jié)能、環(huán)保和安全性要求的不斷提高,具有高撞擊能量吸收能力(即高強(qiáng)塑積)的汽車結(jié)構(gòu)材料越來越被人們所關(guān)注,進(jìn)一步優(yōu)化其化學(xué)成分和提高其綜合力學(xué)性能成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。通過總結(jié)和分析近年來中錳鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能數(shù)據(jù),歸納出了高強(qiáng)塑積中錳鋼的設(shè)計(jì)原則:在保證能順利冷軋的前提下盡量提高亞穩(wěn)奧氏體的體積分?jǐn)?shù),即控制中錳鋼基體的M_s點(diǎn)在140℃左右;同時(shí)控制Al含量在2%左右,以調(diào)節(jié)亞穩(wěn)奧氏體的穩(wěn)定性和層錯(cuò)能。在此原則的指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)并冶煉了7Mn鋼(7.17%Mn-0.22%C-2.59%Al)和9Mn鋼(9.33%Mn-0.28%C-2.60%Al)。通過研究熱軋退火及冷軋退火后7Mn和9Mn鋼的組織演變和力學(xué)行為,來驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)原則是否合理并作出適當(dāng)修改。熱軋退火后7Mn鋼由板條狀的鐵素體和逆轉(zhuǎn)變奧氏體相間排列組成,組織內(nèi)位錯(cuò)密度較高,變形時(shí)呈現(xiàn)連續(xù)屈服。經(jīng)680~720℃退火1h后亞穩(wěn)奧氏體板條尺寸介于0.36~0.45μm,穩(wěn)定性較高。熱軋7Mn鋼的強(qiáng)塑積在720℃退火1h后達(dá)到最高,約為63GPa·%。由于9Mn鋼中Mn和C含量較高導(dǎo)致組織中出現(xiàn)明顯的宏觀偏析帶,使得熱軋退火后亞穩(wěn)奧氏體呈現(xiàn)層狀+雙尺度分布的特征。偏析帶內(nèi)的亞穩(wěn)奧氏體尺寸粗大,平均尺寸約2.5μm;偏析帶外的亞穩(wěn)奧氏體平均尺寸約0.8μm。由于亞穩(wěn)奧氏體尺寸粗大故其穩(wěn)定性偏低,變形時(shí)過快地轉(zhuǎn)變成馬氏體,使得材料的延伸率偏低,強(qiáng)塑積最高只有42GPa·%。根據(jù)以上事實(shí),熱軋態(tài)高強(qiáng)塑積中錳鋼的設(shè)計(jì)原則應(yīng)修正為:在保證亞穩(wěn)奧氏體呈細(xì)小板條狀的前提下盡量提高亞穩(wěn)奧氏體的含量,根據(jù)本文經(jīng)驗(yàn),基體的M_s點(diǎn)應(yīng)控制在240℃左右;Al含量控制在2%左右以提高亞穩(wěn)奧氏體穩(wěn)定性。冷軋退火后7Mn鋼主要由等軸狀的鐵素體和逆轉(zhuǎn)變奧氏體組成,基體內(nèi)部的位錯(cuò)密度很低,變形時(shí)呈現(xiàn)非連續(xù)屈服。經(jīng)700℃退火1h后冷軋7Mn鋼的強(qiáng)塑積達(dá)到最高,為66GPa·%。9Mn鋼經(jīng)冷軋退火后亞穩(wěn)奧氏體得到顯著細(xì)化,在680~720℃退火1h后偏析帶內(nèi)、外的亞穩(wěn)奧氏體分別為1.0~1.5μm和0.46~0.63μm。由于亞穩(wěn)奧氏體穩(wěn)定性適中,且奧氏體層錯(cuò)能處于常見的能產(chǎn)生TWIP效應(yīng)的區(qū)域,9Mn鋼冷軋退火后的強(qiáng)塑積最高可達(dá)88GPa·%,甚至高于普通的TWIP鋼。這表明上述設(shè)計(jì)原則(控制基體M_s點(diǎn)為140℃左右)是適用于冷軋中錳鋼的。本文還研究了中錳鋼的Portevin Le Chatelier(PLC)效應(yīng)及其影響因素。中錳鋼的PLC效應(yīng)產(chǎn)生于亞穩(wěn)奧氏體中,亞穩(wěn)奧氏體的尺寸決定了PLC效應(yīng)能否產(chǎn)生。若亞穩(wěn)奧氏體尺寸過小,變形時(shí)位錯(cuò)的增殖速率過低,導(dǎo)致不能產(chǎn)生足夠的位錯(cuò)密度來形成PLC效應(yīng)。PLC帶的類型受亞穩(wěn)奧氏體穩(wěn)定性的控制。若亞穩(wěn)奧氏體穩(wěn)定性適中,變形時(shí)PLC帶內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體較少,其對(duì)PLC運(yùn)動(dòng)的阻礙作用偏小,此時(shí)產(chǎn)生的是連續(xù)傳播的PLC帶;若亞穩(wěn)奧氏體穩(wěn)定性較低,則PLC帶內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體較多,PLC帶難以克服這些阻礙,只能頻繁地進(jìn)行跳躍來規(guī)避這些障礙。本文還利用基于位錯(cuò)密度的本構(gòu)模型研究了拉伸過程中各組成相的拉伸和加工硬化行為。結(jié)果表明,亞穩(wěn)奧氏體穩(wěn)定性對(duì)中錳鋼的拉伸曲線和加工硬化率有決定性的影響。最后,本文研究了晶界Mn偏聚對(duì)中錳鋼和Fe-Mn合金韌性的影響。結(jié)果表明低溫回火時(shí)(400℃,20min)Mn在鐵素體晶界的偏聚對(duì)中錳鋼韌性的影響不可忽略。在Fe-Mn合金中,基體Mn含量、冷速和回火時(shí)間均顯著影響晶界Mn的偏聚量。晶界Mn含量存在一個(gè)臨界值,超過這一臨界值后Fe-Mn合金呈脆性斷裂。室溫下這一臨界值約為9.3 at.%;-40℃時(shí)臨界值為6.3 at.%;-80℃時(shí)臨界值降為4.3 at.%。
【學(xué)位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG142.1
【圖文】：

圖 1-5 中錳鋼熱軋退火后的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線(a)和加工硬化率曲線(b)[1]與此同時(shí)，國內(nèi)外的許多研發(fā)人員也在密切關(guān)注和推動(dòng)著中錳鋼的發(fā)展，簡要介紹一些典型案例。具有輕質(zhì)鋼研發(fā)背景的 S.J.Park 等[11]認(rèn)為要想在連退線上像生產(chǎn)傳統(tǒng)低

中錳鋼熱軋退火(a)和冷軋退火(b)后的組織形貌

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 孫朝陽;黃杰;郭寧;楊競;;基于位錯(cuò)密度的Fe-22Mn-0.6C型TWIP鋼物理本構(gòu)模型研究[J];金屬學(xué)報(bào);2014年09期

2 ;Effect of austenization temperature on the microstructure evolution of the medium manganese steel (0.2C-5Mn) during ART-annealing[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2012年02期

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5 張彥生 ,師昌緒;鐵-錳、鋁系奧氏體鋼——耐熱鋼、無磁鋼和低溫鋼[J];金屬學(xué)報(bào);1964年03期

本文編號(hào)：2739044