（钢铁冶金专业论文）含nb+trip钢的开发与组织性能研究.pdf

东部大学硕士学位论文摘要 含n bt r i p 钢的开发与组织性能研究 捅斐 t r i p ( t r a n s f o r m a t i o ni n d u c e dp l a s t i c i t y ) 钢又称相变诱发塑性钢。t r i p 钢板 具有高的强度、延展性和冲压成形能力，用作汽车钢板可减轻车重，降低油耗， 同时有较强的能量吸收能力，能够抵御撞击时的塑性变形，显著地提高了汽车的 安全等级，具有明显的优越性。这种钢板成为近来汽车用钢板的一大热点。随着 生产工艺的不断提高和完善，t r i p 钢板的大规模工业化生产已成为可能，应用前 景也将更加广阔。 t r i p 钢的本质是通过相变诱发塑性( t r i p ) 效应使钢中残余奥氏体在塑性变 形作用下诱发马氏体生核和形成，并产生局部变形，继而变形不再集中在局部， 使相变均匀扩散到整个材料，从而提高钢的强度和塑性。 本文以降低s i 含量为原则，设计实验钢的化学成分，研究n b 含量、热轧工 艺和热处理工艺对实验钢的组织和性能的影响。为新型相变诱发塑性钢的开发和 工业生产提供实验室基础和理论依据。本论文主要包括以下几个方面： ( 1 ) 利用热膨胀法并结合金相观察，研究了实验钢的过冷奥氏体连续冷却转 变和最终组织。测定了不含n b 和含n b 的两种实验钢的连续冷却转变( c c t ) 曲 线，n b 的加入使得静态c c t 曲线下移、动态c c t 曲线上移。实验钢的组织随冷 却速度的不同而发生变化。n b 的加入使得珠光体量减少，组织得到细化。 ( 2 ) 利用g l e e b l e 1 5 0 0 热应力应变模拟机对热轧型t r i p 钢进行了模拟研究。 实验钢的最终组织主要由铁索体( f ) 、贝氏体( b ) 和残余奥氏体组成。研究了残 余奥氏体形貌、残余奥氏体量和残余奥氏体含碳量。通过控制n b 含量和变形参数 可以使实验钢得到8 6 1 9 2 ( v 0 1 ，) 的残余奥氏体量和o 9 7 3 一1 4 6 6 ( v o l ，) 的残 余奥氏体含碳量。分析了n b 含量、终轧温度和卷取温度对实验钢的宏观维氏硬度 和抗拉强度的的影响。本实验钢的宏观维氏硬度最高达到2 6 8 h v 、相对应的抗拉 强度达8 8 4 4 m p a 。n b 含量的增加使得实验钢的残余奥氏体量和残余奥氏体含碳量 减少，但宏观维氏硬度和抗拉强度增加。最终确定了在n b 含量为0 0 1 4 、终轧 温度为7 8 0 0 c $ n 卷取温度为4 0 0 时实验钢的残余奥氏体量、残余奥氏体含碳量最 多和宏观维氏硬度、抗拉强度最高。 ( 3 ) 对冷轧热处理型t r i p 钢进行了系统的研究，验证了t r i p 效应的发生是 由于形变诱发残余奥氏体向马氏体相变。比较了实验钢热轧态、冷轧态和热处理 - i i - 东部大学硕士学位论文摘要 态的组织变化，研究了实验钢的析出物形貌和残余奥氏体形貌，并计算了残余奥 氏体量和残余奥氏体含碳量。分析了应变速率对实验钢的抗拉强度、屈服强度、 延伸率和强塑积的影响。验结果表明：实验钢的最终组织为铁索体、贝氏体和残 余奥氏体；随着应变速率的增加，实验钢的抗拉强度、屈服强度、延伸率和强塑 积都减少；随着n b 含量的增加，残余奥氏体量和残余奥氏体含碳量有所减少，实 验钢的抗拉强度和屈服强度随之增加，但是n b 含量为o 0 1 4 的n o 2 实验钢的延 伸率和强塑积最高；实验钢在第二次保温温度( t 2 ) 为4 0 0 时，实验钢的抗拉强 度、屈服强度、延伸率和强塑积最高；实验钢拉强度最高达到7 1 7 7 3 m p a ，延伸率 最高达到3 5 8 ，强塑积最高达到2 4 5 3 8 3 9m p a 。 关键词：t r i p 钢，残余奥氏体，n b 含量，热轧，冷轧，第二次保温温度，微观组 织，力学性能 东部大学硕士学位论文 a b s t r a c t e x p l o i t a t i o na n d r e s e a r c ho fm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t yo f t i u ps t e e lw i t hn b a b s t r a c t t r a n s f o r m a t i o ni n d u c e dp l a s t i c i t y ( t r i p ) s t e e l se x h i b i tas u p e r i o rc o m b i n a t i o no f s t r e n g t ha n dd u c t i l i t yc o m p a r e dt op r e c i p i t a t i o nh a r d e n e ds t e e l sa n ds o l u t i o nh a r d e n e d s t e e l s t r i ps t e e l sa r eak i n do fs t e e l sw h i c ha r en e e df o ra u t o m o b i l ei n d u s t r y t r i p s t e e l sm e e tt h e s er e q u i r e m e n t st h a tt h ew e i g h td e c r e s ef o rf u e le f f i c i e n c ya sw e l la st h e s a f e t yw h i c hi sc o n t i n u t i n gt ob eam a j o rc o n c e r n si na u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n g t h e l a r g es c a l ep r o d u c t i o no ft r 【ps t e e ls h e e t sh a sb c o m e af a c tw i t hp r o d u t i o nt e c h n o l o g y i m p r o v e m e n ta n dd e v e l o p m e n t ，a n dt h ea p p l i c a t i o np r o s p e c tw i l lb ew i d e r t h ee s s e n c eo ft r a n s f o r m a t i o ni n d u c e dp l a s t i c i t ye f f e c ti st h a tr e t a i n e da u s t e n i t ei n s t e e ls h e e tu n d e ra c t i o no fp l a s t i cd e f o r m a t i o ni n d u c e sm a r t e n s i t e n u c l e a t i o na n d f o r m a t i o n ，p r o d u c el o c a lh a r d e n i n gt h e nd e f o r m a t i o nn ol o n g e rc o n c e n t r a t ea tl o c a l ， f i n a l l yp h a s et r a n s f o r m a t i o nu n i f o r m l ye x t e n d st ow h o l em a t e r i a lt oi n c r e a s es t r e n g t h a n dp l a s t i c i t yo fs t e e ls h e e t t h em a j o rp u r p o s eo ft h i sw o r kw a st od e s i g nt h ec h e m i c a lc o m p o s t i o na n dt os t u d y n i o b i u mc o n t e n t s ，h o t - r o l l e d t e c h n o l o g y a n dh e a t t r e a t m e n tt e c h n o l o g yo nt h e m i e r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fe x p e r i m e n t a ls t e e l s t h ec o n t e n t so ft h e p r e s n tw o r ki n c l u d et h ef o l l o w i n gm a i np a r t s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h eh o td i a t o m e t r i ce x p e r i m e n t sa n dm i c r o s t r u c t u r a lo b e r v a t i o n ，t h e c o n t i n u o u sc o o l i n gt r a n s f o r m a t i o n ( c c t ) o fo v e r c o o l i n ga u s t e n i t ea n dm i c r o s t r u c t u r eo f e x p e r i m e n t a ls t e e l sw e r es t u d i e d t h es t a t i cc c t c u r v ea n dd y n a m i cc c tc u r v eo ft h e e x p e r i m e n t a ls t e e l sw i t ha n dw i t h o u tn bw e r ed e t e r m i n a t e d t h ea d d i t i o no fn bm a d e t h es t a t i cc c tc u r v el o w e rs h i f t ，t h ed y n a m i cc c tc u r v eu p p e rs h i f t ，t h ep e r l i t e c o n t e n t sd e c r e a s ea n dt h em i c r o s t r u c t u r er e f i n e d t h em i c r o s t r u c t u r ew a sd i f f e r e n tw i t h t h ec h a n g eo f c o o l i n gr a t e ( 2 ) t h et h e r m a ls i m u l a t i o no fh o tr o l l e ds t y l et r i ps t e e l sw a sc o n d u c t e db y g l e e b e 15 0 0 t h ef i n a lm i c r o s t r u c t u r eo fe x p e r i m e n t a ls t e e l sm a i n l yi n c l u d e df e r r i t e ， b a i n i t ea n dr e t a i n e da u s t e n i t e r e t a i n e da u s t e n i t em o r p h o l o g y , r e t a i n e da u s t e n i t e c o n t e n t sa n dc a r b o nc o n t e n t so fr e t a i n e da u s t e n i t ew e r er e s e a r c h e d 8 6 1 9 2 ( v o l ，) i v - 东部大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e t a i n e da u s t e n i t ea n d0 9 7 3 - 1 4 6 6 ( v o l ，) c a r b o nc o n t e n to fr e t a i n e da u s t e n i t ec o u l d o b t a i n e db yc o n t r o l l i n gn bc o n t e n t sa n dd e f o r m i n gp a r a m e t e r s 1 1 1 ee f f e c t so fn b c o n t e n t s ，f i n i s hr o l l i n gt e m p e r a t u r e sa n dc o i l i n gt e m p e r a t u r e so nv i c k e r sh a r d n e s sa n d t e n s i l es t r e n g t hw e r ea n a l y s e d t h eh i g h e s tv a l u eo fv i c k e r sh a r d n e s sw a s2 6 8 h va n d c o r r e s p o n d i n gt e n i l s es t r e n g t hw a s8 8 4 4 m p a t h ei n c r e a s eo fn bc o n t e n t sm a d e r e t a i n e da u s t e n i t ec o n t e n t sa n dc a r b o nc o n t e n t so fr e t a i n e da u s t e n i t ed e c r e a s e ，h o w e v e r t h ev a l u eo fv i c k e r sh a r d n e s sa n dt e n s i l es t r e n g t hi n c r e a s e e v e n t u a l l y , i tc o u l db e c o n f i r m e dt h a tr e t a i n e da u s t e n i t ec o n t e n t sa n dc a r b o nc o n t e n t so fr e t a i n e da u s t e n i t e w e r et h em o s t ，t h ev a l u eo fv i c k e r s h a r d n e s sa n dt e n s i l es t r e n g t hw e r et h eh i g h e s tw h e n n bc o n t e n tw a s0 0 1 4 ，f i n i s hr o l l i n gt e m p e r a t u r ew a s7 8 0 ca n dc o i l i n gt e m p e r a t u r e w a s 4 0 0 。 ( 3 ) t h ee m e r g e n c eo ft r i pe f f e c ta r i s e df r o mp l a s t i cd e f o r m a t i o ni n d u c e d t r a n s f o r m a i o no f r e t a i n e da u s t e n i t et om a r t e n s i t cb yt h es y s t e m i cr e s e a r c ho f c o l dr o i l i n g ， h e a tt r e a t m e n tt r i ps t e e l s n l e h o t r o l l i n g c o l d r o l l i n g a n dh e a tt r e a t m e n t m i c r o s t m c t u r e sw e r ec o m p a r e d t h em o r p h o l o g yo f p r e c i p i t a t i o na n dr e t a i n e da u s t e n i t e w e r es t u d i e d ，t h er e t n n e da u s t e n i t ec o n t e n t sa n dc a r b o nc o n t e n t so fr e t a i n e da u s t e n i t e w e r ec a l c u l a t e d t h ee f f e c to fs t r a i nr a t ew a sa n a l y s e d t 1 1 er e s u l to fe x p e r i m e n th a s i n d i c a t e d ：t h ef i r m lm i c r o s t r u c t u r eo fe x p e r i m e n t a ls t e e l sm a i n l yi n c l u d e df e r r i t e b a i n i t e a n dr e t a i n e da u s t e n i t e ；t h ev a l u eo ft e n s i l es t r e n g t h ，y i e l ds t r e n g t h ，e l o n g a t i o na n dt s e lw a sd e c r e a s e dw i t l ls t r a i nr a t ei n c r e a s e ；t h er e t a i n e da n s t e n i t ec o n t e n t sa n dc a r b o n c o n t e n t so fr e t a i n e da n s t e n i t ew e r ed e c r e a s e d ，t h ev a l u eo ft e n s i l es t r e n g t ha n dy i e l d s t r e n g t hw a si n c r e a s e dw i t hi n c r e a s eo fn bc o n t e n t s ，h o w e v e r , t h ev a l u eo fe l o n g a t i o n a n dt sxe lw a sh i g h e s tw h e nn bc o n t e n tw a so 0 1 4 ；w h e nt h es e c o n dh o l d i n g t e m p e r a t u r e ( t 2 ) w a s4 0 0 ，t h ev a l u eo f t e n s i l es t r e n g t h ，y i e l ds t r e n g t h ，e l o n g a t i o na n d t s e lw a st h eh i g h e s t t h eh i g h t e s tv a l u eo ft e n s i l es t r e n g t h ，e l o n g a t i o na n dt sxe l o f e x m p e r i m e n t a ls t e e l sw a s7 1 7 7 3 m p a 。3 5 8 a n d2 4 5 3 8 3 9 m p a r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：t r i ps t e e l ，r e t a i n e da u s t e n i t e ，n bc o n t e n t ，h o tr o l l ，c o l dr o l l ，s e c o n d h o l d i n gt e m p e r a t u r e ，m i c r o s t r u c t u r e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y - v 东部大学硕士学位论文声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：维己友 日 期： 卿s 2 2 苫 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 序言 第一章绪论 钢铁工业是国民经济的重要支撑行业。近2 0 年来，我国钢铁工业投入了大量 资金，生产能力得到迅速增长。到1 9 9 6 年，中国钢产量超过日本美国等国家而跃 居世界第一位，中国已经成为一个钢铁大国。钢铁产业是我国国民经济的基础，对 我国国民经济的发展起着重要作用。随着科学技术的不断发展，钢铁产品应用到了 汽车、机械制造、电器及电子等多个行业。 近年来，随着国民生产总值的增长，对钢铁的需求进一步增加。对我国这样一 个发展中大国，工业化任务远未完成，达到钢铁需求饱和还有相当长一段时间。2 0 0 2 年我国钢材消费量为1 9 6 2 2 万吨；专家预测2 0 0 5 年和2 0 1 0 年我国的钢材需求量分 别为2 3 3 亿吨和31 2 亿吨左右。另外，我国钢材相比于发达国家质量较差、品种 不全，每年还需要进口大量的钢材以弥补缺口。为了满足经济发展和国防的需要， 必须走一条以质补量的新思路，开发研制性能更好的新一代钢铁材料【1 4 】。 目前，我国的汽车工业已经进入了发展的快车道，随着汽车工业的发展对高强 度钢的应用的驱动力越来越大；而且汽车工业对轻量化、安全、排放、成本控制及 燃油经济性要求越来越高，这就驱使汽车工业采用高强度钢板和一些高强度轻量化 材料。 采用高强度钢板的原因首先是改善汽车的安全和碰撞功能，现代汽车必须满足 政府规定的各部分乘用空间的安全性，尤其是正面碰撞和侧面碰撞的要求，虽然采 用更大的质量和安装更多的安全装置和手段( a b s ，空气气囊等) 也可使汽车更加 安全，但与降低燃油消耗和排放相悖。为使汽车降低排放和具有更好的燃油经济性 ( 满足汽车燃油经济法规一c a f e 的要求) ，就必须轻量化。采用高强度钢板，既可 减少汽车重量，在降低燃浊消耗的同时降低排放，又可提高汽车的安全性。为强化 竞争能力，包括提高汽车的功能与使用户更为满意( 车辆操纵、噪音等) ，并使汽 车制造成本下降，售价降低，就必然导致高强度钢的应用，这些正是应用高强度钢 的驱动力l “。 在不用其他材料代替的情况下，采用减薄的高强度钢板成为必然。一般来说， 强度提高塑性必然下降，而t r i p 钢除具有高的强度外还具有高的伸长率。t r i p 钢的出现为解决强度和塑性的矛盾提供了方向，它也成为最近来汽车用钢板的一大 热点。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 t r i p 钢又称相变诱发塑性钢，是t r a n s f o r m a t i o n i n d u c e d p l a s t i c i t y 英文的缩写。 其本质是钢中残余奥氏体诱发马氏体相变 9 1 ，在强度提高的同时，伴随较高的塑性， 称为相变诱发塑性。 在国外，一些钢铁公司已相继成功开发了热轧、冷轧和热镀锌t r i p 钢板，抗 拉强度为6 0 0 1 0 0 0 m p a ，并相继投入了商业生产。在国内，有关t r i p 钢的研究报 道相对较少h o q 2 1 ，多处于实验室阶段，进行系统和大生产实验等研究的不多。宝钢 自2 0 0 2 年开始研制冷轧t r i p 钢，实现了6 0 0 m p a 级别冷轧t r i p 钢的商业化，并 成功应用于国内汽车行业。 1 2t r lp 钢的发展历程 t r i p 钢最早于1 9 6 7 年由v f z a c k a y 1 3 】等人提出，他们发现f e c r - n i 不锈钢在 应变时亚稳奥氏体转变为马氏体会带来韧性的显著增加。然而由于n i 和c r 等元素 成本较高，故在一段时间内这类钢未得到广泛使用。直到1 9 8 7 年日本的m a t s u m u r a 和t a k i c h i 1 4 1 等利用低成本的c s i m n 系列研究出了具有t r i p 效应的高强度冷轧钢 板，且具有大工业生产与应用的前景后【l ”，t r i p 钢才又重新得到人们的重视。目 前新一代相变诱发塑性钢( t r i p ) 均是指的是以c s i m n 为基的t r i p 钢。表1 1 列出了文献报道的有关的c s i m n 为基的t r i p 钢成分发展历程。 为了获得室温下的残余奥氏体组织，必须降低m s 点和增加c 在残余奥氏体中 的富集。由m s ( ) = 5 6 1 - - 4 7 4 ( c ) - - 3 3 ( m n ) 一1 7 ( n i ) 一1 7 ( c r ) - - 2 1 ( m o ) 1 2 1 可知，提高c 含量是获得残余奥氏体的最有效的方法。因此，起 初的t r i p 钢成分多采用高c ( 0 , 4 左右，质量分数) 以获得稳定残余奥氏体，典 型的化学成分为0 4 c 1 5 s i 0 8 m n ，但高c 会带来钢板冷热加工和焊接等一系列问 题，因此后来发展的c s i m n 系列的t r i p 钢的c 均降低到0 2 以下。为了减少因 c 降低而减少的残余奥氏体量，s i 被大量采用，这一时期的t r i p 钢典型化学成分 ( 质量分数) 为0 1 5 c + 1 5 m n + 1 5 s i 。这一化学成分是从c m n 钢中通过 添加s i 延伸出来的，其中s i 的作用是在等温贝氏体转变时抑制渗碳体的形成与析 出，推迟贝氏体转变【2 2 1 。大量的c 保留在残余奥氏体中，从而使其m s 点降到室温 以下，导致最终组织中含有大量的亚稳态残余奥氏体。从而能确保t r i p 钢具有优 良性能。 然而，人们的进一步研究发现，尽管高s i 可较容易控制残余奥氏体的含量， 但在工业生产中存在带钢的表面质量问题，影响钢板的热镀锌能力。为了克服s i 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 的缺点，近期的t r i p 钢的研究主要集中在降低s i 含量或不采用s i 上。其中研究 较多的是寻求用其他合金元素来替代s i ，如用m n - a i 、m n s i a 1 、m n - s i - n b 、 m n s i - n b m o 、m n 1 0 w s i ( m o ，p ，n ie t c ) 等。 表1 1c s i m n 基t r i p 钢成分发展历程 t a b l e 1 1d e v e l o p m e n t a lp r o c e s so nt h ec o m p o s i t i o no f c s i - m nt r j ps t e e l s cs im nc uva in bps 参考 文献 o ，4 0 2 o 5 l o 1 3 0 0 4 6 0 0 4 5 0 0 3 5 0 ，0 6 8 0 0 1 3 0 0 1 l 1 1 6 【1 0 】 ( 1 7 】 o 0 0 3 6 【2 0 o 0 1 0 0 0 0 9 0 1 4 0 4 82 2 0 0 0 3 8 0 0 1 8 0 0 1 0 0 0 0 9 0 1 40 9 82 1 0 0 0 3 8 0 0 1 80 0 1 00 0 0 9 0 0 7 1 4 21 4 0 0 0 1 3 0 0 0 9 0 0 1 2 0 1 51 4 31 5 0 一一0 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 3 0 1 8 1 4 61 5 1 一一0 0 1 4 0 0 1 30 0 1 1 0 1 9 1 4 81 9 7 一一0 0 1 7 0 0 0 9 0 0 1 0 18 】 【1 9 】 此外，也有采用其他工艺来生产t r i p 钢，如k e b e r l e l 2 3 】等利用中间退火的方 式生产无s i 的冷轧、热镀锌和电镀锌t r i p 钢板。 在品种方面，t r i p 钢的品种也得到了进一步拓宽，在国外，由开始的冷轧t r i p 钢板发展到现在的热轧、冷轧及电镀锌和热轧锌t r i p 钢板，抗拉强度级别为 6 0 0 m p a 1 0 0 0 m p a ，目前，已经商业化的强度级别主要是6 0 0 m p a 和8 0 0 m p a 的冷 轧钢板。 在国内，t r i p 钢的研究多处于实验室阶段，进行系统和大生产实验等研究的 不多。宝钢自2 0 0 2 年开始研制冷轧t r i p 钢，实现了6 0 0 m p a 级别冷轧t r i p 钢的 商业化，并成功应用于国内汽车行业。宝钢冷轧t r i p 钢的生产的工艺路线为：2 3 5 d d 2 5盘湛盘5记扣 l l l-二，0 0 o ，l 互z 5 2 5 2 2盘2石矗拈鸲盼 l l l互，o0 l m m 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 炼钢一1 5 8 0 热轧一1 5 5 0 酸洗轧制一1 5 5 0 连续退火一精整一包装。宝钢6 0 0 m p a 冷 轧t r i p 钢的炼钢成分范围为表1 2 所示： 表1 2 宝钢6 0 0 m p a 冷轧t r i p 钢化学成分( 质量分数。) t a b l e4 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f b a os t e e l s6 0 0 m p ac o l d - r o l l e dt r i ps t e e l ( m a s s ，) 表1 3 为国外厂家冷轧6 0 0 m p a 级别t r i p 钢和上海宝钢生产的t r i p 钢板性 能的比较。从此表可以看出，宝钢开发的6 0 0 m p a 冷轧t r i p 钢板的力学性能达到 了国外同类产品的水平。但是从表1 2 可以看出宝钢6 0 0 m p a 冷轧t r i p 钢板的合 金元素s i 和m n 含量较高。而s i 含量过高会影响钢板表面质量，所以许多厂家开 始对低s i 系t r i p 钢板进行开发和研究。 表1 3 国外厂家冷轧6 0 0 m p a 级别t r i p 钢板和宝钢生产的钢板的典型性能比较 t a b l e l 3 t h e t y p i c a lp r o p e r t yc o m p a r i s o no f c o l d - r o l l e d 6 0 0 m p a t r i ps t e e ls h e e t b e t w e e n f o r e i g nf a c t o r i e sa n db a os t e e l 1 3t r l p 效应的形成机理 金属材料的相变超塑性可以分为扩散型与非扩散型，t r i p 现象属于非扩散型 1 2 5 。具有相变超塑性的材料除纯铁、钢和铸铁外，还有t i 、a l 和z r 等非铁金属和 4 东北大学硕士学住论文第一章绪论 炼钢一1 5 8 0 热轧一1 5 5 0 酸洗轧制一1 5 5 0 连续退火一精整一包装。宝钢6 0 0 m p a 冷 轧t r i p 钢的炼钢成分范同为表1 2 所示： 表1 2 宝钢6 0 0 m p a 冷轧t r i p 钢化学成分( 质量分数，* ) t a b l e4 1c h e m i c a le o m p o s i t l o no f b a os t e e l s6 0 0 m p ac o l d r o l l e dt r i ps t e e l ( m a s s ，) 表1 3 为国外_ r 家冷轧6 0 0 m p a 级别t r i p 钢和上海宝钢生产的t r i p 钢板性 能的比较。从此表可以看出，宝钢开发的6 0 0 m p a 冷轧t r i p 钢板的力学性能达到 了国外同类产品的水平。但是从表1 2 可以看出宝钢6 0 0 m p a 冷轧t r i p 钢板的合 金元素s i 和m n 含量较高。而s i 含量过高会影响钢板表面质量，所以许多厂家开 始对低s i 系t r i p 钢板进行开发和研究。 表13 国外厂家冷轧6 0 0 m p a 级别t r i p 钢板和宝钢生产的钢板的典型性能比较 t a b l e l 3 t h e t y p i c a l p r o p e r t y c o m p a r i s o n o f c o l d - r o i l e d6 0 0 m p a t r i ps t e e ls h e e t b e t w e e n f o r e i g nf a c t o r i e sa n db a os t e e l 131 - r lp 效应的形成机理 金属材料的相变超塑性可以分为扩散型与非扩散型，t r i p 现象属于非扩散型 。具有相变超塑性的材料除纯铁、钢和铸铁外，还有t i 、a l 和z r 等非铁金属和 嘲。具有相交超塑性的材料除纯铁、钢和铸铁外，还有t i 、a l 和z r 等非铁金属和 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 合金。在钢中，非扩散型超塑性可发生在9 5 0 。c 一一室温的奥氏体一一马氏体转变 温度范围。若在冷却的同时，对钢施加载荷，也可以出现在马氏体转变温度必以 上的温度范围，此温度的上限记作m d 点。当钢由奥氏体区域以一定的冷却速度冷 却并通过尬 厶点之间的温度范围时，施加一定的载荷，可促使过冷奥氏体向马 氏体转变。随着相变的进行，同时可产生很大的塑性，使此种相变超塑性成为相 变诱发塑性，简称t r i p 现象。 在m s m d 之间，诱发马氏体相交时需要外加应力0 。在一定的温度范围内， 外加应力与相变呈线性关系，如图1 1 所示。开始引起非线性奥氏体转变的上限温 度记为m ? 。在地和m ? 点之间，奥氏体屈服强度o 。与温度t 呈线性递增关系。 在m ? 点，处于载荷作用下的奥氏体出现屈服现象，奥氏体的屈服强度与温度呈线 性递减关系。设t ；温度下，奥氏体屈服时的强度为0 。，应变硬化时应力为0b ，按 o 。( 必) 与o 。( m ? ) 的线性递增关系外推，出现马氏体转变的相变点应是o 。， 而ob 低于o 。形成马氏体的屈服强度降低( 0 。0b ) 是由于奥氏体塑性变形引起 的，这就表现为宏观的高塑性。最高的伸长率发生在 磊和尬点之间( 特别是在m ? 温度下) ，随着对合金缓慢加载，奥氏体因塑性变形而逐渐增大应变硬化。由此诱 发了马氏体形核，并缓慢持续地生成马氏体，避免了因马氏体急剧形成而造成的 应力集中，从而得到大的变形。另一方面，当残余奥氏体完全转化为马氏体时， 材 旦 r 毯 竖 m 圈1 1 马氏体转变时临界力与温度的关系 f i g 1 1r e l a t i o nb e t w e e nc r i t i c a ls t r e s sa n dt e m p e r a t u r ed u r i n gm a r t e n s i t i et r a n s f o r m a i o n 5 东北大学硕士学位论文第一章绪论 赵 赠 时间 图1 2t r i p 钢板的热处理制度 tl 一临界退火温度7 9 0 - 8 7 0 c ；t 2 一淬火温度2 7 5 5 0 0 。c f i g 1 2h e a tt r e a t m e n tp r o c e s so f t r j pp l a t e 料的强度由马氏体决定，因此，材料也具有高的强度。 简单地说，残余奥氏体的t r i p 效应可解释为【2 6 】： ( 1 ) 拉伸变形时变形最大的部位首先诱发马氏体相变，使局部强度提高，难 以继续变形，导致变形向未发生马氏体相变的其它部位转移，推迟了颈缩的形成； ( 2 ) 拉伸变形时造成的局部应力集中因马氏体相变而松驰，推迟了裂纹的产 生( 主要是由于残余奥氏体影响，其次是塑性变形和压应力的影响【2 7 】) ； ( 3 ) 残余奥氏体与外加应力呈共格关系，高能面不利于裂纹的扩展，因此宏 观效应表现为拉伸、伸长率，特别是均匀伸长率的提高。 例如f e 一2 9 n i 一0 ，2 6 c 合金【2 ”，其m , - m a 温度范围为一3 5 一+ 5 ，而m ? 为一11 。 在此温度下，由于应变诱发马氏体相变，可获得1 t 0 的伸长率。在低于必点， 由于奥氏体的急剧相变，容易生成片状孪晶，因而强度提高而塑性下降，难以实 现t r j p 加工。 s a n a k m i s h r a 等【2 8 】给出了基本的热处理制度，如图1 2 所示。对不同的钢种和 不同的t i ( 临界退火温度7 9 0 8 7 0 c ) 、t 2 ( 淬火温度2 7 5 5 0 0 。c ) 组合得到的残余 奥氏体含量不同。b e n g l 等 2 9 l 给出热s l o e 控制钢材结构硬化过程的热轧工艺，如 图1 3 所示。 6 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 划 赠 时间 图1 3 热轧t r i p 钢板的工艺 f i g 1 3h o tr o l l i n gp r o c e s sf o rt r i pp l a t e 1 4 影响t r ip 效应的因素 1 4 1 残余奥氏体对t r i p 效应的影响 t r i p 钢大致由5 0 一6 0 的铁素体、2 5 4 0 的贝氏体或少量马氏体及 5 一1 5 残余奥氏体组成【3 0 - ”】。 t r i p 效应同残余奥氏体的含量有关，残余奥氏体的含量高，应变硬化率高， 则t r i p 效应强。但高含量的残余奥氏体并不一定对应着高的延伸率，因为t r i p 效应还同残余奥氏体的稳定性有关，残余奥氏体的稳定性由化学稳定性和力学稳 定性两部分组成，残余奥氏体中的碳含量大小决定了残余奥氏体的化学稳定性， 而残余奥氏体的形貌和晶粒大小及周围相的影响决定了它的力学稳定性。t r i p 效 应还同显微组织中其它相的形貌和分布有关 3 2 3 4 】。 当存在塑性变形时，残余奥氏体发生相变转化为马氏体是获得t r i p 效应的重 要原因。一般变形温度高于马氏体 温度而低于奥氏体的力学不稳定温度时，残 余奥氏体可在塑性变形下发生相变。当变形温度在必温度以下时，奥氏体处于热 动力学不稳定态，即使没有变形存在，马氏体相变也会产生。 通常用m ? 和 锄。两个温度来表示残余奥氏体的稳定性【3 ”。m ? 是残余奥氏 体转变成马氏体时由应变诱发时的温度，可通过不同温度下拉伸实验测出，当试 样由连续屈服转变为不连续屈服时，所对应的连续屈服时的测试温度即为m s 。 m d 3 0 是当3 0 的拉伸变形使5 0 的残余奥氏体转化为马氏体时对应的温度，对 7 东北大学硕士学位论文第一章绪论 t r i p 钢还没有公式来计算m d 3 0 。 残余奥氏体在应力作用下发生相变转变为马氏体时同它的晶粒大小和所处位 置有关 3 。位于多边形铁索体内或铁素体、贝氏体晶粒间的粗大的残余奥氏体在 变形的前阶段就转化为马氏体。而沿晶界分布的残余奥氏体却很稳定，甚至在变 形结束时还存在于显微组织内，主要由于其具有高的化学稳定性和力学稳定性。 t r i p 钢力学性能的提高除t r i p 效应外部分由于位错强化的原因。残余奥氏 体相变时伴随着体积的扩大。压迫周围的铁素体，使其塑性变形，引起位错密度 的增加，产生位错强化。 1 4 2 合金元素对t r i p 效应的影响 合金元素也对t r i p 效应产生影响【3 7 1 。铝能显著提高抗拉强度和延伸率，抗拉 强度和延伸率分别达9 4 0 m p a 和3 0 ，含钼t r i p 铜板的抗拉强度高达1 0 2 0 m p a ， 而延伸率有所降低。铝比钼对显微组织的影响作用大，铝、钼、铌共同存在时的 复合作用对贝氏体、马氏体及残余奥氏体在铁素体基体中的分布及形貌的影响比 它们单独存在时的作用强。 硅、锰元素影响残余奥氏体含量和相变转化率。当锰含量高时，残余奥氏体 的含量也高，而硅含量高的合金残余奥氏体的含量较低，表明锰在提高残余奥氏 体含量的作用上比硅高。对于硅含量高的合金，当残余奥氏体中的碳含量较高时， 在相同的塑性变形条件下可以获得高的马氏体转化率。 磷可以用来减小硅在t r i p 钢中的聚集而不影响钢的力学性能，对a c l 、a c 3 的影响较小，c m n p ，c 。m n a 1 型t r i p 钢板同c s i m n 型t r i p 钢板相比，在贝 氏体等温处理时没有明显的相变动