6-先进高强钢(AHSS)汽车板.ppt

第11章 汽车用先进高强钢（AHSS）,汽车板用钢：汽车外板和白车部件 汽车板的发展方向： 提高燃油效率轻量化 提高安全性高强、高韧性、抗撞击 与轻合金（Al、Mg合金）和高分子复合材料的竞争日趋激烈 对汽车板提出新的要求： 屈服强度300MPa，抗拉强度600MPa，优异的成型性能，高的加工硬化率,HSS与AHSS钢种 HSS： 软钢，IF钢，BH钢，HSLA钢 AHSS: DP钢，TRIP钢，Q&PT钢，TWIP钢，CFB钢,铁素体钢 冷轧深冲钢（后地板，轮罩） YS：120-160MPa，UTS：270-330MPa，E:40% 无间隙原子钢（发动机罩） YS：220-260MPa，UTS：340-400MPa，E:33% 烘烤硬化钢（车门） YS：260-300MPa，UTS：370-430MPa，E:30% 低合金高强钢（吸能盒，后纵梁） YS：230-360MPa，UTS：390-450MPa，E:26%,冷轧DP钢 成分：0.15%C, 0.5%Si,1.8%Mn, 0.5%Cr, 0.04%Al，0.03%Nb 热轧：12001h奥氏体化，6道次热轧， 35mm3.5mm, 880 终轧，620 卷取 冷轧：3.5mm1.0mm,70%变形 连续退火：,连续退火工艺示意图,热轧,冷轧,连续退火,各步处理后的显微组织,热轧和连续退火处理后的力学性能对比,实验钢的化学成分和轧制条件,不同强度级别的冷轧DP钢,BDP-590 3/s BDP-780 8/s BDP-780 15/s 连续镀锌模拟处理后各钢种的典型显微组织,BDP-780中的NbC析出相的TEM照片,08Mn2Nb钢不同温度加热淬火的SEM显微组织,板条马氏体,9,11,热处理双相钢棒材的组织与性能,图8 11Mn2Nb钢不同温度加热淬火的SEM显微组织,板条马氏体,14,亚温淬火温度对4种钢马氏体百分含量的影响,15,图14 四种钢最大力总伸长率和断后伸长率随亚温淬火温度的变化,20,TRIP-(Tansformation induced plastic)钢 化学成分：C-Mn-Si(Al，P) 显微组织：铁素体+无碳化物贝氏体+残余奥氏体 热处理：亚温转变（形成部分铁素体和富碳奥氏体）与中温转变（形成贝氏体铁素体和富碳奥氏体） 性能特点：高强度、高塑性、高速变形时高吸收能 （变形过程中发生奥氏体向马氏体的转变，延迟颈缩，提高均匀延伸率）,TRIP钢的典型光学显微组织,TEM照片显示板条内析出碳化物的标准贝氏体与无碳化物贝氏体的区别,热轧C-Si-Mn TRIP钢,实验钢的化学成分（wt.%）,实验钢的TMCP工艺示意图,三种工艺处理后的相组成与力学性能,三种工艺处理后的SEM显微组织,冷轧C-Si-Mn TRIP钢,实验钢的化学成分（wt.%),实验钢的相变临界点,冷轧TRIP钢的热处理工艺示意图,实验钢热处理后的显微组织,冷轧态,80010m, 4003m,8005m, 4003m,TEM分析结果,BF,DF,BF,SAD,不同工艺处理后的XRD分析结果,不同工艺处理后的拉伸试验结果,冷轧C-Si-Al-Mn TRIP 钢,90010m, 4103m,9005m, 4103m,实验钢热处理后的显微组织,TEM分析结果,不同工艺处理后的XRD处理结果,不同工艺处理后的拉伸试验结果,冷轧C-Si-Al(P)-Mn TRIP 钢的合金化设计 高Si钢的缺点：延长贝氏体转变动力学，产生表面“红锈” 高Al钢的缺点：降低固溶强化率，升高Ms点至室温以上 以Al代Si的优点：加速贝氏体转变动力学 1.0%Si1.0%（Al，P）,C-Mn-Al TRIP钢中的残余奥氏体的TEM照片 注：在高Al的TRIP钢中会有部分奥氏体转变为热激活马氏体（孪晶马氏体）,作为TRIP钢中的基体和弥散相，铁素体和贝氏体各自的应力应变曲线不同 铁素体的吕德斯带较宽，贝氏体的吕德斯带非常有限，加工硬化非常明显，屈强比较低,C-Mn-Si-Al和C-Mn-Al TRIP钢在无应变和预应变2%，5%及10%后的静态应变时效实验结果 （TRIP钢的效应主要应该归因于贝氏体）,各种TRIP钢在不同退火条件下（含H2与不含H2）的强度与延性指标,强塑积 TSEL,MX型碳氮化物的析出次序,实验钢的化学成分,DP钢与TRIP钢的对比,实验钢的DP处理工艺示意图,F+M的OM显微组织,马氏体岛及铁素体基体中高密度的位错,屈服强度：500MPa，抗拉强度：860MPa， 延伸率：21%,实验钢的TRIP处理工艺示意图,下贝氏体,残余 奥氏体,屈服强度：500MPa，抗拉强度：780MPa， 延伸率：25%,DP钢和TRIP钢不同应变速率下的屈服强度,DP钢和TRIP钢的静态拉伸性能,TRIP钢和DP钢在各种应变速率下的应力应变曲线,Q&PT（Quenching & Partition-Tempering)钢 化学成分：C-Mn-Si-Nb 显微组织：低碳马氏体+富碳奥氏体 热处理：部分淬火+中温配分+回火 性能特点：高强度，高塑性,Si对碳化物析出动力学曲线的影响,从成分均匀的奥氏体获得铁素体+马氏体+残余奥氏体组织的工艺示意图 其中Ci,Cm,C分别代表钢的原始含碳量，马氏体含碳量和奥氏体含碳量,不同含碳量的钢淬火后残余奥氏体体积分数预测,0.17C-1.65Mn-0.38Si-1.11Al-0.08P (wt pct)钢的热处理工艺曲线示意图,Q&P处理后的显微组织,力学性能随配分温度和时间变化曲线,Q&T和Q&P在不同温度与时间处理后的应力应变曲线,不同处理后的力学性能,实验钢的化学成分（wt.%),实验钢的Q&PT热处理工艺曲线示意图,400配分处理10s和180s的SEM显微组织,400配分处理40s的显微组织TEM分析结果（残留奥氏体）,400配分处理40s的显微组织TEM分析结果（Nb的碳化物析出）,力学性能随配分时间的变化曲线,化学成分：Fe0.60% C0.95% Mn1.96% Si (wt.%),150250 190190 190250 190400,显微组织随处理工艺的变化,残留奥氏体的体积分数随淬火温度和配分（120s）温度的变化,超级贝氏体钢 化学成分：C-Si-Mn-Cr-Mo-V 显微组织：贝氏体铁素体+奥氏体薄膜 热处理：等温淬火 性能特点：低屈服点，高抗拉强度，高塑韧性,200,300,24h,48h,144h,4h,8h,12h,等温处理后的显微组织,实验钢的化学成分,200和300等温处理后显微组织中的相分数,200 for 240 h, 300 for 8 h. TEM显微组织,奥氏体和贝氏体中含碳量,化学成分（wt.%),260,320,380,不同温度等温30min的显微组织,力学性能（残余奥氏体含量）随等温淬火条件的变化,力学性能,不同温度等温淬火后的OM显微组织,化学成分：Fe-0.59C-1.61Si-0.56Mn-1.01Cr-0.13V-0.02Al-0.012P-0.011S (wt.%),270,235,等温转变的分析结果,V （235 ） =18.6%,V （270 ） =8.8%,Fig. 2. SEM and TEM micrographs of the second set of designed steels after air cooling from different temperatures: (a, b) 0.3BAIN 1/600 C; (c, d) 0.3BAIN 2/500 C; (e, f)0.3BAIN 3/500 C; (g, h) 0.3BAIN 4/500 C.,Fig. 3. SEM and TEM micrographs of the third set of designed steels after air cooling from different temperatures: (a, b) 0.2BAIN 1/500 C; (c, d) 0.2BAIN 1/550 C; (e, f)0.2BAIN 3/500 C; (g, h) 0.2BAIN 3/550 C.,0.2C-1.8Si-1.8Mn-0.8Cr钢的显微组织,低碳无碳化物贝氏体钢,,Company Logo,0.2C-1.8Si-1.8Mn-0.8Cr钢的组织构成,0.2C-1.8Si-1.8Mn-0.8Cr钢的力学性能,,TWIP（Twin Induced Plastic）钢 化学成分：Fe-Mn-Si-Al 性能特点：高强度，高塑性，抗撞击 合金化设计原则：室温组织为全奥氏体(Mn，变形方式为孪晶（层错能20mJ/m2，Al提高层错能，抑制转变，Si降低层错能）,热轧态 1050均匀化处理态,变形前,变形后,两种状态的实验钢变形前后的显微组织,两种状态下的拉伸应力应变曲线,变形量为0.4时的EBSD图,四种实验钢变形前后XRD对比,TW4 变形前,TW4 变形后,退火 孪晶,变形 孪晶,TW1 堆垛层错,马氏体,马氏体,1# 2#,变形前,变形后,1#钢中的马氏体,1#钢中的变形孪晶,结论： 1. 1#钢中TRIP与TWIP效应共存，2#钢中只有TWIP效应。 2. TRIP效应利于强度提高，TWIP效应利于塑性改善。,实验钢的化学成分,不同Mn、Si、Al含量的实验钢在室温下以10-4/s的应变速率拉伸的力学性能,TRIP,TWIP,TRIP,TWIP,Fe-20Mn-3Si-3Al TRIP钢的力学性能随试验温度的变化,Fe-20Mn-3Si-3Al TRIP钢在（20，10-4/s的应变速率下）的相组成随应变的变化,Fe-20Mn-3Si-3Al TRIP钢在中高应变速率下的应力应变曲线,Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的力学性能随试验温度的变化,400,室温,Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的SEM和TEM显微组织,Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的力学性能随应变速率的变化,Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢在不同应变速率下的应力应变曲线,中锰钢与ART转变 化学成分：C-Mn 显微组织：铁素体+残余奥氏体 热处理：淬火+奥氏体逆转变（ART） 性能特点：高强度、高塑性,Microstructure evolution of 0.2C5Mn steel austenitized at 1050 C for 30 min, oil quenched and followed by annealing at 650 C for (a) as-quenched, (b) 1 min,(c) 30 min, (d) 6 h characterized by SEM.,Microstructure evolution of 0.2C5Mn steel austenitized at 1050 C for 30 min, oil quenched and followed by annealing at 650 C for (a) as-quenched, (b) 1 min,(c) 30 min, (d) 6 h characterized by TEM.,Austenite phase measurement by X-rays diffraction (a) the XRD intensity profiles of studied steel annealed at 650 C with different time and (b) austenite fraction measured by XRD and EBSD as a function of annealing time.,Engineering stressstrain curves of the samples austenitized at 1050 C for 30 min, oil quenched and followed by annealing at 650 C for different time.,37% uniform tensile deformation microstructure of 0.2C-5Mn steel processed by annealing at 650 C with 6 h (a) bright field image and (b) dark field image highlighting the deformation induced martensite structure.,汽车用高强钢和超高强钢的组织性能分析,铁素体（IF钢） Rp0.2=150MPa，Rm=300MPa, A=45% RmA=14000MPa%,马氏体（M1500） Rp0.2=1200MPa，Rm=1500MPa, A=8% RmA=12000MPa%,贝氏体（BF+RA，CFB钢） Rp0.2=800MPa，Rm=1100MPa, A=21% RmA=23000MPa%,奥氏体（TWIP钢） Rp0.2=450MPa，Rm=1000MPa, A=60% RmA=60000MPa%,成型性好，强度低，无变形抗力。,强度高，塑性差，安全性不佳。,强塑性好，成本高，强度偏低。,强塑性良好，强度高，冷成型性差。,汽车用高强钢和超高强钢的组织性能分析,铁素体（IF钢） Rp0.2=150MPa，Rm=300MPa, A=45% RmA=14000MPa%,马氏体（M1500） Rp0.2=1200MPa，Rm=1500MPa, A=8% RmA=12000MPa%,铁素体+马氏体（DP钢） DP600：Rp0.2=340MPa，Rm=600MPa, A=27%，RmA=16000MPa% DP800：Rp0.2=450MPa，Rm=840MPa, A=17%，RmA=14000MPa% DP1000：Rp0.2=700MPa，Rm=1000MPa, A=11%，RmA=11000MPa%,成型性好，加工硬化率高，强度低，强塑性偏低。,汽车用高强钢和超高强钢的组织性能分析,铁素体（IF钢） Rp0.2=150MPa，Rm=300MPa, A=45% RmA=14000MPa%,贝氏体（BF+RA，CFB钢） Rp0.2=800MPa，Rm=1100MPa, A=21% RmA=23000MPa