热处理工艺对高强度TRIP钢组织与性能的影响

第33卷第6期102011年11月上海金属SHANGHAIMETALSVO133。NO6NOVEMBER，2011热处理工艺对高强度TRIP钢组织与性能的影响李志峰符仁钰马娟李麟上海大学材料科学与工程学院，上海200072【摘要】采用GLEEBE3500热模拟机研究了不同退火温度下成分为C027一MN17一SIL0P004一V009TI01冷轧TRIP钢的组织与力学性能。结果表明，在760800之间退火，随着退火温度升高，铁素体量减少而贝氏体量增加，抗拉强度和屈服强度上升。两相区温度一定时，随着贝氏体等温温度升高，残余奥氏体量先增加后减少，残奥含碳量变化则相反。在退火温度760OC、贝氏体等温温度420时，试验钢获得最大强塑积为20665MPA。【关键词】TRIP钢热处理显微组织力学性能INFLUENCEOFHEATTREATNTONCROSTRUCTUREANDMCHANICALPROPERTMSOFMGHSTRENGTHTRIPSTEELLIZHIFENGFURENYUMAJUANSCHOOLOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING，【ABSTRACT】USINGTHETHERMALMECHANICALSIMULATORGLEEBE一3500，THEMECHANICALPROPERTIESANDMICROSTRUCTUREOFCO27MN17SIL0P0O4VO09TI01COLDROLLEDTRIPSTEELANNEALEDATDIFFERENTTEMPERATURESWERESTUDIEDEXPERIMENTALRESULTSINDICATEDTHATTHEFERRITEVOLUMEFRACTIONDECREASED，FRACTIONSOFBAINITE，TENSILESTRENGTHANDYIELDSTRENGTHINCREASEDWITHTHEINCREASINGOFANNEALINGTEMPERATUREWITHIN760800ATCERTAININTERCRITICALANNEALINGTEMPERATURETHEVOLUMEFRACTIONOFRETAINEDAUSTENITEINCREASEDATFIRSTANDTHENDECREASEDWITHTHEINCREASINGOFISOTHERMALBAINITICTRANSFORMATIONTEMPERATURE，BUTTHEVOLUMEFRACTIONOFCARBONCONCENTRATIONINRETAINEDAUSTENITECHANGEDOPPOSITELYATANNEALINGTEMPERATUREOF760ANDBAINITICTRANSFORMATIONTEMPERATUREOF420THEOBTAINEDMAXIMUMVALUEOFPRODUCTOFSTRENGTHANDDUCTILITYWAS20665MPA【KEYWORDS】TRIPSTEEL，HEATTREATMENT，MICROSTRUCTURE，MECHANICALPROPERTY随着世界范围内对于节能减排的要求越来越高，汽车工业生产中对于高强度钢板的使用正日益增多J。由于具有相变诱发塑性效应从而能使强度和塑性同时提高，TRIP钢在汽车产品中被广泛使用23。TRIP钢的生产分为热轧TRIP钢和冷轧热处理TRIP钢。其中冷轧TRIP钢通过冷轧后在两相区退火和贝氏体区等温来获得。TRIP钢的显微组织由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成。其良好的性能来源于通过适当的温度处理达到成分、组织和形态的合理配比。本文通过GLEEBLE3500热模拟试验机、彩色金相和X射线衍射等技术研究了在不同热处理工艺下高强度TRIP钢的各组织的体积分数、残余奥氏体含碳量和温度对力学性能的影响。1试验材料及试验方法11试验钢的成分和制备基金项目高塑性多相组织汽车用薄板钢的基础研究973项目NO2010CB630802作者简介李志峰，男，主要从事TRIP钢研发工作，EMAILLIZHIFENGSHUEDUCN、YT虬REVNUANH1AL第6期李志峰等热处理工艺对高强度TRIP钢组织与性能的影响11试验用TRIP钢的主要化学成分如表1所示。试验钢采用50KG中频感应炉冶炼，经多道次热轧成3MM厚钢板，开轧温度为1150，终轧温度为900，热轧板经表面酸洗后再冷轧成12MM厚的薄板。表1试验用钢的化学成分质量分数，TABLE1CHEMICALCOMPOSITIONOFTESTEDSTEELWT成分CMNSIPVTI含量02717100040090112试验钢的CCT曲线测定采用尺寸MM10MM圆柱试样，在DL805型热膨胀相变仪上加热到奥氏体单相区后以不同冷却速率冷却，采集温度、时间和膨胀量数据，绘制CCT曲线，并以此制定TRIP处理温度。13TRIP处理和静态拉伸试验采用GLEEBE3500热模拟机根据之前测定的CCT曲线进行TRIP处理。试验钢板经线切割成200MM5OMM的矩形试样。两相区加热温度分别为760、780和800OC，保温3MIN后以2OS的冷速冷至贝氏体区等温，等温温度为380、400、420和440OC，等温5MIN后以10S冷却到室温。经线切割将TRIP处理后的试样加工成金相试样和拉伸试样。拉伸试样标距为50MM。用苦味酸加焦亚硫酸钠混合液腐蚀金相试样，腐蚀剂成分如表2。试剂1和试剂2以11比例混合，腐蚀时间1520S，用尼康LV150正立式金相显微镜观察微观组织。表2腐蚀剂所用溶液成分TABLE2COMPOSITIONOFTHESOLUTIONS用X2350A型X射线衍射分析仪测定残余奥氏体量，试验采用CK射线，利用220Y和211仅衍射峰的积分强度确定残余奥氏体体积分数。用网格法测定铁素体体积分数。在CMT5305型电子拉伸试验机上进行拉伸试验。14残余奥氏体含碳量的计算采用对SIMN系TRIP钢常用的公式1计算残余奥氏体中的碳含量。A3546700467C1A一35467乙C是残余奥氏体的含碳量WT，A是残余奥氏体晶格常数，其单位为110。M。点阵参数。根据C一射线220衍射峰估算，算法如式2。N22”YSIN0其中，C一射线波长A22897；HKL为晶面指数220；0为HKL晶面衍射线的布拉格角，由衍射仪得出。将2式代入1式得到本研究残余奥氏体中碳含量的计算公式3。C69_338975946532试验结果21试验钢的CCT曲线试验钢的CCT曲线如图L所示。其AC，750，AC848。根据CCT图，选取760、780、800为两相区退火温度，以20CS冷却至贝氏体区等温处理。P”600娟。时间S图1试验钢的CCT曲线FIG1CCTCURVEOFTESTEDSTEEL22显微组织图2为试验钢经不同工艺热处理后的金相照片。其中颜色较深的为铁素体F；颜色最深且分布于铁素体晶界处的为贝氏体B；残余奥氏体AR呈白色，大部分存在于铁素体晶界上，少量在晶内，大多在晶界处与贝氏体相邻，有一些呈孤岛状分部。试验钢经不同热处理后组织变化规律如图3所示。可以看出随着两相区加热温度的升高，铁素体量呈减少趋势，贝氏体量增多，残余奥氏体量变化规律不明显。第6期李志峰等热处理工艺对高强度TRIP钢组织与，眭能的影响13940920皇900嘿88086084024222O184E甄16141210把噩】CI20117I141111O81O5380400420440贝氏体等温温度O22000200001800016000剽14000嘲L200010000380400420440贝氏体等温温度380400420440380400420440贝氏体等温温度C贝氏体等温温度图4试验钢的力学性能随两相区退火温度和贝氏体等温温度的变化FIG4MECHANICALPROPERTIESOFTESTEDSTEEL380400420440贝氏体等温温度图5残余奥氏体含碳量随两相区退火温度和贝氏体等温温度的变化FIG5VOLUMEFRACTIONOFCARBONCONCENTRATIONINRETAINEDAUSTENITEAFTERDIFFERENTHEATTREATMENTS25断口附近形貌图6为试样断口表面附近的SEM照片。由图6A和6B可知在铁素体与硬质相边界处孔洞萌生箭头所示。图6E和6D则显示了孔洞的聚合和裂纹的形成。孔洞在铁素体中或铁素体与其它硬质相的交界处萌生，长大直到连接成裂纹从而导致断裂。分析其整个过程可以认为，试验钢的断裂机制属于韧性断裂。3分析与讨论31显微组织与残余奥氏体含碳量TRIP钢为复相钢，其微观组织由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成。残余奥氏体量的多少和稳定与否受热处理温度和其碳含量的影响。当两相区温度升高，铁素体量减少，奥氏体量在增多的同时，其相对含碳量降低，从而影响其稳定性，在随后的贝氏体区等温时转变为贝氏体。故如图3所示，残余奥氏体量并不简单地随两相区温度升高而升高，最终组织中的残奥量与贝氏体等温温度有关。在40012等温后冷却，残余奥氏体量达最大，可能是由于二次增碳效果较好，过冷奥氏体转变为贝氏体较少，故室温测定时残奥量最大与之对应贝氏体量最小。但是，对比图4和图5可以发现，残奥量最多时，其含碳量相应为最少400OC等温时，导致残余奥氏体不稳定，从而影响力学性能。当贝氏体等温温度升高后，更多的过冷奥氏体转变为贝氏体，残奥量变少，但含碳量增多使其更稳定。00OOOOO0OO铝舵如骥蹬唾第6期张志娟等间隙腐蚀对系泊链钢在海水中短期腐蚀行为的影响27黄色疏松的絮状物质，有脱落的现象。这一现象对比单个无间隙样品所用时问为13H，也反映了间隙腐蚀速率加快。由于腐蚀产物的脱落，导致测定的容抗弧上下波动。因此，型在间隙腐蚀的影响下，含间隙样品更容易发生局部腐蚀，而不含间隙的样品，其腐蚀被大大抑制了。系泊链钢在海水中均匀腐蚀时表面较均匀，即使腐蚀严重时，强度变化也不大；腐蚀不严重时，强度变化更小。而局部腐蚀时部分区域腐蚀特别严重，比如，涂层局部受损，钢材或焊区及链环两端易积水，造成抗拉强度大大减小，危害较大。因此间隙腐蚀对于系泊链钢的耐海水腐蚀性能影响很大。避免间隙腐蚀的发生对于提高系泊链钢的使用寿命很有意义。3结论I单独不含间隙腐蚀的样品与单独含间隙腐蚀的样品其腐蚀速率相近，与均匀腐蚀的速率相当。2在同一个样品上问隙腐蚀区域对均匀腐蚀区域有明显的抑制作用，使得均匀腐蚀区域腐蚀速率降低。3同一个样品上同时存在间隙腐蚀与均匀腐蚀区域时，样品总体的腐蚀速率明显加快。因此，避免间隙腐蚀的发生对于提高系泊链钢的使用寿命很有意义。参考文献1王克非，王世俊，刘丽霞，等CM690锚链钢开裂原因分析J热加工工艺，2006，35712刘大扬十种船体结构钢在天然海水中的腐蚀行为C1979年腐蚀与防护学术报告会议论文集海水，工业水和生物部分北京科学出版社，1983，15263徐莜波902钢局部腐蚀研究C1979年腐蚀与防护学术报告会议论文集海水，工业水和生物部分北京科学出版社，1983，6154刘学庆海洋环境工程钢材腐蚀行为与预测模型的研究D北京中国科学院研究生院，20045JONSEDAPRINCIPLESANDPREVENTIONOFCORROSIONMSECONDEDPRENTICEHALL，1996，766邹妍，王佳，郑莹莹海水中碳钢短期腐蚀行为的电化学研究方法J腐蚀科学与防护技术，2010，2247邹妍，王佳，郑莹莹锈层下碳钢的腐蚀电化学行为J特征物理化学学报，2010，692361_23688BOUSSELMIL，FIAUDC，TRIBOLLETSBTHECHARACTERISATIONOFTHECOATEDLAYERATTHEINTERFACECARBONSTEELNATURALSALTWATERBYIMPEDANCESPECTROSCOPYJCORROSIONSCIENCE，1997，399L7111724收修改稿日期20110624上接第L4页2叶平，张梅，苏钰，等TRIP钢在汽车底盘结构件中的应用J汽车工艺与材料，2006，923273黄秋菊，唐荻，江海涛，等冷轧汽车用TRIP钢的高温热塑性J轧钢，2006，23619224王利，金蕾，夏启，等冷轧TRIP钢的特性及应用J汽车工艺与材料，2004，672_745GIRAUHE，JACQUESP，HARLETPH，ETA1METALLOGRAPHIEMETHODSFORREVEALINGTHEMULTIPHASEMIEROSTRUETUREOFTRIPASSISTEDSTEELSJMATERIALSCHARACTERIZATION，1998，40111118，6ASHOKKUMARSRIVASTAVA，JHAG，SINGHSBEFFECTOFHEATTREATMENTONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFCOLDROLLEDCMNSITRIPAIDEDSTEELJMATERIALSCHARACTERIZAT