相同成分DP钢和TRIP钢部分力学性能的比较.pdf

热加工工艺 2 0 0 6 年第 3 5 卷第 2 2 期 Ma te ria l 2 上海汇众汽车制造有限公司 上海2 0 0 1 2 2 摘要 对同一种钢板进行不同热处理分别制成具有相同铁素体含量的双相钢 D P钢 和相变诱发塑性变形 钢 T R I P钢 并对其部分力学性能进行对比 比较发现 铁素体基体上不同的第二相使得材料力学性能产生巨大 差异 马氏体使D P钢具有很高的抗拉强度 残余奥氏体则赋予T R I P钢优良的伸长率 D P钢拥有更加优良的加 工硬化能力 T R I P钢则具有较为理想的烘烤硬化能力 试验还表明 考察D P钢和T R I P钢的烘烤硬化能力时 除 柯氏气团外 内应力的消除也应该考虑其中 关键词 D P钢 T R I P钢 力学性能 加工硬化 烘烤硬化 中图分类号 T G 1 5 6 2 1文献标识码 A文章编号 1 0 0 1 3 8 1 4 2 0 0 6 2 2 0 0 1 3 0 4 C o mp a r i s o n o fS o me Me c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f D Pa n d T R I PS t e e l s w i t h S a me C o mp o s i t i o n Z H A N GJ i c h e n g 1 F UR e n y u 1 Z H A N GMe i 1 2 L I L i n 1 1 S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g S h a n g h a i U n i v e r s i t y S h a n g h a i 2 0 0 0 7 2 C h i n a 2 S h a n g h a i H u i z h o n g A u t o m o t i v e M a n u f a c t u r i n g C o L t d S h a n g h a i 2 0 0 1 2 2 C h i n a A b s t r a c t D Pa n dT R I Ps t e e l s w e r er e s p e c t i v e l yo b t a i n e df r o mt h es a m es t e e l a f t e r d i f f e r e n t h e a t t r e a t m e n t a n d s o m e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e t w o s t e e l s w e r e c o m p a r e d T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e d i f f e r e n t s e c o n dp h a s e i nf e r r i t e m a t r i x r e s u l t s i n g r e a t d i f f e r e n c e s o f m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s D Ps t e e l p o s s e s s e s g r e a t e r t e n s i l e s t r e n g t hd u e t om a r t e n s i t e w h i l e T R I Ps t e e l d o e sb e t t e r e l o n g a t i o n d u e t o r e t a i n e d a u s t e n i t e D Ps t e e l h a s b e t t e r w o r k h a r d e n i n g a b i l i t y w h i l e T R I P s t e e l h a s b e t t e r b a k e h a r d e n i n ga b i l i t y I t i s a l s os h o w nt h a t t h e f o r m a t i o no f c o t t r e l l a t m o s p h e r e i s n o t t h e o n l yf a c t o r w h e ni n v e s t i g a t i n gb a k e h a r d e n i n g a b i l i t y o f D Pa n d T R I Ps t e e l s t h e r e l e a s e o f i n t e r n a l s t r e s s s h o u l d a l s o b e t a k e n i n t o a c c o u n t K e yw o r d s d u a l p h a s es t e e l D 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 ys t e e l T R I P m e c h a n i c a l p r o p e r t y w o r k h a r d e n i n g b a k e h a r d e n i n g 为了节省能源 提高汽车安全系数 高强度钢 板越来越受到汽车工业的青睐 作为新型低合金高 强度钢 D P D u a l P h a s e 钢和T R I P 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 钢具有良好的应用前景 D P钢室温组织主要由铁素体 F 和马氏体 M 构成 F为基体相 岛状M分布于其上 软的 F赋予D P钢优良的塑性 硬的M则赋予其高的 强度 T R I P钢室温组织主要由三相构成 F 贝氏 体 B 以及残余奥氏体 A r 与D P钢相似 作为 基体的F主要对塑性做贡献 作为主要第二相的 B则主要提高材料的强度 但与D P钢不同的是 T R I P钢的组织中还存在一定含量的A r 一般5 1 5 1 变形过程中 其逐步转变成M 大大提 高材料塑性 T R I P钢也因此而得名 两种材料的组织有相似之处 F为基体 其上 分布着较硬的第二相 不同之处在于第二相的种 类和数量 有关两种材料的研究已经不少 2 4 但 是两者力学性能的直接比较还少见报道 试验采 用相同成分的材料分别制成D P钢和T R I P钢 并 且通过控制热处理参数在两种材料中得到了相同 体积分数的F 对于得到的两种材料 比较了其部 分力学性能 旨在考察F基体上不同的第二相对 材料力学性能的影响 1试验材料与方法 试验用原材料为普通低碳S i Mn钢 其化学 成分 质量分数 为 0 1 1 0 C 1 6 7 0 Mn 1 1 9 0 S i 0 0 1 3 P 0 0 0 6 S 依照G B T 2 2 8 2 0 0 2将原材料加工成拉伸试 收稿日期 2 0 0 6 0 6 2 6 基金项目 先进钢铁材料技术国家工程研究中心攻关项目 N E R C A S T 作者简介 张继诚 1 9 8 1 男 河北邢台人 硕士研究生 从事汽车用 低合金高强度钢板研究 电话 0 2 1 5 6 3 3 8 0 1 4 E m a i l z h a n g j i c h e n g s h u e d u c n 1 3 热加工工艺 2 0 0 6 年第 3 5 卷第 2 2 期 Ma te ria l 7 8 0 临界退火5 m i n 4 0 0 保温5 m i n 空冷 至室温 得到T R I P钢 保温在盐浴炉里完成 对于得到的两种材料 分别在金相显微镜 N i k o ne p i p h o t 3 0 0 和扫描电 镜 H i t a c h i S 5 7 0 下观察其组织形貌 采用图像 分析软件计算组织中F M和B的体积分数 不 同状态的T R I P钢试样中的A r含量则根据X R D D MA X R C 谱线利用下列公式计算得出 f I C I C I C 式中f 是A r 的体积分数 I 是奥氏体 2 2 0 晶面 衍射峰强度 I 是体心立方结构 2 1 1 晶面衍射 峰强度 试样的单轴拉伸和预应变在C MT5 3 0 5 电子万能试验机上完成 拉伸速度为2 m m m i n 烘烤试验在电热鼓风恒温干燥箱 精度 1 内完 成 工艺为1 7 0 保温3 0 m i n 2结果与分析讨论 2 1显微组织 图1为两种材料中各相的分布和形貌 由于 临界区保温温度和时间相同 两种材料含有相同 体积含量的F 其上分布着不同的第二相 M或 B A 需要指出的是 由于所制得的D P钢是为 了与T R I P钢相比较 因此其中M含量较高 其形 貌呈现断续网状而非通常所报道的岛状 利用金相照片扫描得出两种材料中各相含量 体积分数 如下 D P F 6 0 M 4 0 T R I P F 6 0 B 3 5 A r 5 2 2拉伸曲线 对两种材料进行了单轴拉伸试验 得到的负 荷 应变曲线如图2 T R I P钢具有明显的屈服平 台 而D P钢则呈现连续屈服的特点 对两种材料 的主要性能参数进行比较 结果见表1 D P钢淬火过程中 临界区保温形成的奥氏体 转变成比容较大的M 使周围的F受到压迫 在 其内部生成大量位错 成为低应力下可激活的位 错源 2 因此其屈服强度 0 2 低于T R I P钢 但是 由于组织中存在4 0 M 其抗拉强度 b 明显高 于以B为主要第二相的T R I P钢 虽然 b不及 D P钢 但T R I P钢的 是D P钢的2 3倍 达到 3 7 T R I P钢优良的伸长率与形变过程中A r转 变为M有关 可从以下几点解释 5 1 拉伸变形 时在最大变形部位首先诱发马氏体相变 使局部 强度提高 难以继续变形 变形向未发生马氏体相 变的其他部位转移 推迟了颈缩的形成 2 拉伸 变形时局部应力集中因马氏体相变而松驰 推迟 了裂纹的产生 3 A r与 呈共格关系 高能界面 不利于裂纹的扩展 综合比较 T R I P钢的性能 强塑积为2 5 2 7 0 5 m 5 m F B A b a F M 图1 D P a 和T R I P b 钢显微组织S E M照片 F i g 1S E Mm i c r o g r a p h s o f D P a a n d T R I P b s t e e l 051 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 D P T R I P 负荷 k N 图2 D P和T R I P钢的负荷 应变曲线 F i g 2L o a d c u r v e s o f D P a n d T R I P s t e e l 0 2 MP a b MP a b MP a D P3 8 09 8 81 61 5 8 0 0 T R I P4 1 06 6 53 72 5 2 7 0 表1D P和T R I P钢的力学性能比较 T a b l e 1C o mp a r i s o n o f ma c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f D Pa n d T P I P s t e e l 1 4 热加工工艺 2 0 0 6 年第 3 5 卷第 2 2 期 Ma te ria l 但是由 于材料中固溶碳原子有限 当变形超过一定值后 形成的柯氏气团的饱和度下降 1 1 1 2 导致B H值降 低 试验结果显示T R I P钢与报道的烘烤硬化钢 的结果相似 但D P钢的结果却与其相差甚远 对 于D P钢 B H值为负 且随预变形量增加而下降 1 0 预应变试样的B H值为 3 8 0 MP a D P钢的 烘烤硬化能力差与其组织中存在一定含量M有 关 变形过程中 M强烈阻碍位错的同时产生很 大的内应力 8 内应力对阻碍位错运动也起到很 大作用 而烘烤会使内应力部分释放 1 3 1 4 因此导 D P T R I P 024681 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 WH MP a 图3 D P和T R I P钢的WH值与变形量的关系 F i g 3R e l a t i o n b e t w e e n WHa n d o f D P a n d T R I P s t e e l 7 0 7 2 7 4 7 6 7 8 8 0 8 2 8 48 6 8 8 2 a 5 应变 A r 4 8 5 b 2 应变 A r 4 5 0 c 6 应变 A r 3 6 0 2 2 0 2 1 1 M 0 M 0 3 5 M 1 2 5 图4不同应变后的T R I P钢的X R D图谱 F i g 4X R Dp a t t e r n s a f t e r d i f f e r e n t o f T P I P s t e e l C P S a b c 1 5 热加工工艺 2 0 0 6 年第 3 5 卷第 2 2 期 Ma te ria l H e a t T re a tm e n tMa te ria l H e a t T re a tm e n t材料热处理 1 1 致流变应力下降 设由于形成柯氏气团而导致的流变应力上升 为 c 而由内应力释放导致的流变应力增加为 r 显然其值为负 则B H c r 本试验中D P钢 的M含量高达4 0 形变过程中内应力储存很 大 因而 r 值很高 与之相比 c较小 因此B H 值取决于 r 为负值 r 随变形量增加而增加 因此D P钢的B H值随变形量增加而下降 与D P钢相比 T R I P钢拥有良好的烘烤硬化 能力 2 预变形时其B H值达到7 0 MP a 虽然也 是由多相组成 但是在低应变范围内 T R I P钢 WH值相对较低 变形过程中内应力的积累较少 因此 c对B H值起主导作用 T R I P钢B H值随 预变形增加先升后降 但是由于内应力因素的影 响 与烘烤硬化钢相比 T R I P钢的B H值随应变 增加而下降的趋势很强 并最终变为负值 3结论 1 大量M使得D P钢具有很高强度 但是 由于存在相变诱发塑性现象 T R I P钢具有更加优 良的综合力学性能 2 以B为主要第二相的T R I P钢的加工硬 化能力远远不及以M为第二相的D P钢 另外 A r向M转变进一步降低其加工硬化能力 3 对于D P钢和T R I P钢 B H值不仅受柯 氏气团影响 还受到内应力消除的影响 4 D P钢在变形过程中储存很大的内应力 烘烤后其B H值为负 T R I P钢在低应变范围内是 柯氏气团起主导作用 因此B H值随变形量的增 加先升后降 但由于内应力随应变增加而增加 在 高应变条件下 其B H值最终也降为负值 参考文献 1 景财年 王作成 T R I P 相变诱发塑性钢的研究进展 J 特殊 钢 2 0 0 4 2 5 4 1 5 2 马鸣图 吴宝榕 双相钢 物理和力学冶金 M 北京 冶金工 业出版社 1 9 9 8 3 L i L i n Wo l l a n t s P H e Y a n l i n e t a l R e v i e wa n d p r o s p e c t o f h i g h s t r e n g t h l o wa l l o y T R I Ps t e e l J A C T AME T A L L U R G I C AS I N I C A E n g l i s h l e t t e r s 2 0 0 3 1 6 6 4 5 7 4 6 5 4 韦习成 李麟 符仁钰 T R I P钢显微组织与力学性能关系的评 述 J 钢铁研究学报 2 0 0 1 1 3 5 7 1 7 6 5 赵金福 明旭光 欧立晋 等 控轧工艺对T R I P薄板组织与性 能的影响 J 钢铁 1 9 9 2 2 7 1 1 2 4 2 7 6 K r i z a nD Wa t e r s c h o o t T K o r u kAI e t a l B a k eh a r d e n i n go f l a s e r w e l d e d d u a l p h a s e s t e e l J S t e e l R e s e a r c h 2 0 0 3 7 4 1 0 6 3 9 6 4 5 7 F u r n e m o n t Q K e m p f M J a c q u e s PJ e t a l O nt h e m e a s u r m e n t o fn a n o h a r d n e s so ft h ec o n s t i t u t i v ep h a s e so fT R I P a s s i s t e d m u l t i p h a s e s t e e l s J Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g 2 0 0 2 A 3 2 8 2 6 3 2 8 刘天模 何泽福 马鸣图 双相钢双屈服特性研究 J 重庆大 学学报 1 9 9 2 1 5 3 5 0 5 5 9 李东升 李雪峰 周贤宾 汽车板材烘烤硬化特性的研究 J 金属成形工艺 2 0 0 1 1 9 2 1 4 1 7 1 0 关小军 王先进 刘月乔 预变形和烘烤条件对E L C B H钢板 性能的影响 J 钢铁 1 9 9 4 2 9 7 4 1 4 4 1 1 C o t t r e l l AH B i