本文關鍵詞：700 MPa級高強度汽車大梁鋼成分設計與組織控制研究　出處：《北京科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著經濟和技術的發(fā)展,我國汽車保有量逐年增多,由此導致的能源消耗、交通事故也逐年增加。其中,有大量交通事故是汽車大梁強度問題引起的。開發(fā)高強度汽車大梁鋼,在不降低車體結構強度的前提下為車輛減重,是節(jié)約能源和確保交通安全最有效的策略之一,也是傳統(tǒng)汽車工業(yè)適應可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的途徑之一。此外,隨著高緯度、極寒地區(qū)的開發(fā),汽車在低溫環(huán)境中的使用頻率增加。低溫給車體結構鋼的韌性造成了極大的考驗。當前,汽車大梁鋼的優(yōu)化多集中于強度和冷彎性能方面,對大梁鋼板在高強度條件下的韌性,尤其是對低溫韌性的關注還較少。本文以Nb-B復合微合金化為指導思想,設計了顯微組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體、目標強度在700 MPa以上的高強度汽車大梁鋼,并研究了微合金元素鈮(Nb)、鈦(Ti)、釩(V)以及合金元素鎳(Ni)對顯微組織和力學性能的影響,具體結果如下：利用Thermo-calc熱力學計算軟件對高強度汽車大梁鋼的合金成分體系進行了熱力學計算。結果表明：含0.04%Nb的鋼中,NbC的析出溫度為1120℃；添加Ti后,NbC被(Ti, Nb)C復合析出相取代,(Ti, Nb)C的析出量增加。Ti含量為0.04%和0.07%時,(Ti, Nb)C的析出溫度分別為1180℃和1240℃,熱力學穩(wěn)定性提高。當V含量為0.05%時,主要以(Ti,Nb,V)C的復合相形式析出；當V含量提高至0.08%時,才有富V的MC相析出。在熱力學計算基礎上研究了第二相粒子對奧氏體晶粒長大行為的影響。結果表明：微合金元素Ti的添加能夠有效細化奧氏體晶粒。無Ti鋼奧氏體晶粒粗化溫度介于950～1000℃之間,含Ti鋼的粗化溫度提高至1000～1050℃之間。Ti含量的進一步提高對晶粒開始粗化溫度的影響不大,但可以明顯減輕“混晶”程度。含Ti鋼中熱穩(wěn)定性較高的(Ti, Nb)C, Ti(C, N)析出相對晶界的釘扎作用是晶粒細化的主要因素。進一步添加Ni、V,奧氏體晶粒細化效果不明顯。在淬火狀態(tài)下并未發(fā)現(xiàn)微合金元素V的碳氮化物析出。利用Gleeble 3500熱模擬試驗機測定了實驗鋼的動態(tài)連續(xù)冷卻轉變曲線(CCT, Continueous Cooling Transformation Curve),在 2～10℃·s~(-1)內可獲得針狀鐵素體+粒狀貝氏體組織。Ti降低粒狀貝氏體中島狀組織的體積分數,而Ni、V使其體積分數提高。電子背散射衍射分析顯示針狀鐵素體之間、針狀鐵素體和粒狀貝氏體之間均為大角度晶界。以小于5℃·s~(-1)的速度冷卻至室溫,粒狀貝氏體的鐵素體基體呈塊狀,島狀組織為不規(guī)則塊狀殘余奧氏體；當冷速介于5～10℃·s~(-1)時,粒狀貝氏體的鐵素體基體呈條片狀、平行排列,條片狀鐵素體間有斷續(xù)的殘余奧氏體薄膜。實驗鋼在950℃以下發(fā)生靜態(tài)軟化的程度較小。微合金元素Ti的添加能明顯推遲變形奧氏體的靜態(tài)再結晶行為。添加0.04%的Ti,使靜態(tài)再結晶激活能提高約60 kJ.mo1-1。觀察發(fā)現(xiàn),含Ti的第二相粒子析出對位錯或亞晶界的釘扎是靜態(tài)軟化率降低的主要原因。在高溫下,合金元素Ni及微合金元素V對靜態(tài)軟化的影響作用比較微弱。當終軋后的弛豫時間不大于50s時,有利于針狀鐵素體的形核和充分生長；當弛豫時間接近100s時有多邊形鐵素體生成,鋼的顯微硬度大幅降低。降低卷取溫度并添加Ni和微合金元素Ti、V,可顯著減小島狀組織尺寸。550℃卷取后島狀組織進一步發(fā)生轉變,生成上貝氏體、下貝氏體、板條貝氏體、孿晶馬氏體等或以殘余奧氏體形式保留下來,其納米硬度從2.6～5.78GPa不等。用小型雙輥軋機對鋼坯進行了熱軋,850℃終軋結束后,對鋼板進行50s的弛豫,然后以10℃·s~(-1)的速度冷卻至550℃進行卷取,所得顯微組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體。力學性能測試表明,熱軋鋼板軋向抗拉強度大于710MPa。180°冷彎實驗證明熱軋鋼板具有較好的冷彎性能,滿足設計要求。Ti的添加顯著降低針狀鐵素體+粒狀貝氏體鋼的沖擊功,并提高其韌脆轉變溫度。無Ti鋼小試樣的上平臺沖擊功(USE)為85 J,韌脆轉變溫度(DBTT)為-38℃；分別添加0.04%和0.07%的Ti以后,試樣的USE分別降低至81 J和72 J,而DBTT則分別提高至-30℃、-19℃。大尺寸(Ti,Nb)(C,N)在晶界附近的析出和聚集,促進了微裂紋的擴展,導致沖擊功降低。Ti的添加使利于韌性裂紋擴展的{101}織構減少,卻使利于脆性解理裂紋擴展的{001}織構增多,這是導致沖擊韌性惡化,韌脆轉變溫度提高的原因。含Ti鋼中阻礙顯微裂紋擴展的的大角度晶界減少,也是含Ti鋼的韌性降低的原因。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.1

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