退火温度对铁-18mn-06c-ssr合金性能和变形行为的影响

退火温度对铁-18mn-06c-ssr合金性能和变形行为的影响

基于汽车行业的低量化和更安全、环保的需求，先进钢（ahss）的开发一直是钢铁工具发展的重点。孪生诱发塑性(TWIP)钢高强塑积的特性具有很大的市场应用潜力,在汽车行业得到应用的同时,又不断推广到能源、海洋工程等领域。随着应用的日渐广泛,氢致脆性及滞后断裂问题成为了TWIP钢研究开发的难题之一尽管金属材料氢脆问题的研究经历了较长时间,但氢脆的机理仍未彻底阐明,这可能是由于该问题受材料中许多因素相互作用的影响。一般情况下,给定材料的氢脆敏感性取决于强度级别本工作采用在线电化学充氢过程中对Fe-18Mn-0.6CTWIP钢试样进行SSRT和不同程度变形条件下微观组织分析的方法,研究不同退火温度条件下的不同微观组织对实验用钢力学性能和氢脆敏感性的影响。揭示在线充氢和受力变形条件下TWIP钢氢脆的机理,优化TWIP钢生产工艺参数。1电化学性能测试实验用Fe-18Mn-0.6CTWIP钢采用真空感应炉熔炼,铸成钢锭,化学成分(质量分数,%)为:Mn18.52,C0.60,Fe余量。铸锭经开坯后,随炉加热到1200℃,并保温2h,然后在450mm单机架二辊可逆热轧机上进行一阶段轧制,轧制过程中进行严格控轧.在1150℃开轧,将终轧温度控制在约930℃,压下规程为:40→30→21→15→11→8→6→5mm。然后进行加速控制冷却(ACC),在控制冷速约20℃/s的条件下,将热轧板冷却至580℃空冷。之后,将热轧板放入1000℃的箱式电阻炉中保温1h淬火,进行固溶处理。钢板经表面打磨后,用直拉式四辊可逆冷轧机冷轧至2.2mm厚。冷轧板在箱式电阻炉中模拟罩式退火,选择退火温度分别为700、800、900和1000℃,保温15min淬火。钢板沿轧制方向切取拉伸试样。将电化学实验装置与拉伸试验机相结合,试样被有机玻璃容器包围,底部采用硅胶圈密封,电解液面高于均匀塑性段上部。随着拉伸的进行,新溶液被不断地补充至容器内,以保证液面高于均匀塑性段上部。为避免钢板试样受到阴极腐蚀,充氢电解液采用3%NaCl、0.3%NH微观组织观察截取试样轧制方向(RD)×板面法向(ND)面,经粗磨→精磨→抛光后,先后采用4%(体积分数)的硝酸酒精溶液和100g/L偏重亚硫酸钠(Na2结果2.1晶粒尺寸分布图1所示为TWIP钢不同温度退火板组织的OM像,选取钢板厚度3/4位置。可以看出,室温下实验用钢退火组织为单相近似等轴的奥氏体,晶粒尺寸受退火温度的影响较大,随退火温度的升高晶粒尺寸逐渐增大,平均晶粒尺寸从700～1000℃退火分别为12.6、18.2、25.4和33.1μm。晶粒内可以清晰地看到退火孪晶,且退火孪晶的数量和尺寸随晶粒尺寸的增大而增大。图2为不同温度退火板的奥氏体晶粒尺寸分布。从不同尺寸晶粒所占的比例可以看出,700和800℃退火的TWIP钢晶粒尺寸不均匀,大小尺寸晶粒共存,5～35μm的晶粒比例均较高;而900和1000℃退火的TWIP钢晶粒尺寸比较均匀,20～35μm的晶粒占了较大的比例。2.2晶粒型twip钢a图3所示为TWIP钢退火板未充氢条件下室温拉伸实验得到的工程应力-应变曲线。可以看出,各温度退火板均表现出明显的连续屈服特征和较高的强塑积;强度随退火温度的升高而降低,符合晶粒尺寸的变化规律,满足Hall-Petch关系;断后伸长率在900℃退火条件下最高,平均值达到55%,强塑积也最高,为54GPa·%。这与900℃以上退火的TWIP钢晶粒大小比较均匀有关,并且900℃退火条件下晶粒并没有过分长大,组织未明显软化。该结果与Dini等曲线上的锯齿状波动是由于变形时重复产生的Portevin-LeChatelier(PLC)剪切变形带。该类结构的产生需要高应力而使曲线变陡,但其发展则只需要低应力,因此曲线又变缓。对Fe-Mn-C系TWIP钢而言,该现象通常被认为是源于动态应变时效退火板拉伸变形中应变硬化速率(dσ/dε,σ为真应力,ε为真应变)随真应变的变化关系如图4a所示。ε<0.05时,加工硬化速率随真应变的增加迅速降低;ε在0.05～0.20时,加工硬化速率随真应变的增加变化缓慢,甚至出现平台,该阶段的出现被认为是由于形变孪晶的不断产生所致材料的塑性取决于塑性不稳定情况,高塑性材料需要有较大的应变强化能力。应变硬化速率受位错增加和动态回复的双重作用。fcc金属层错能(SFE)较低,动态回复受到抑制。并且,晶界和孪晶界的界面作用使位错消失变得更加困难,进一步阻碍动态回复2.3工程应力-应变曲线图5所示为TWIP钢不同温度退火板在电化学充氢条件下进行SSRT得到的工程应力-应变曲线。可以看出,TWIP钢的强度和塑性大幅下降,降幅明显大于充氢后进行力学性能实验的结果式中,σ3分析与讨论3.1晶体结构对氢脆的影响Koyama等由于C-Mn的结合作用,在C含量相对较高的Fe-Mn-CTWIP钢中,位错的增殖速率远高于C含量低或无碳的铁基合金反过来,氢的引入也会对形变孪晶产生影响。研究3.2应对应变量的影响TWIP钢不同温度退火板不同应变程度的SEM像如图8所示。由图可以看出,在相同的应变量条件下,高温退火粗晶组织中的形变孪晶明显多于低温退火细晶组织。700℃退火板即使是在应变量达到0.25时,只可以观察到一次孪晶(TW1)(图8b),而900℃退火板在应变量只有0.10时就出现了TW1,应变量为0.25时出现二次孪晶(TW2)(图8e),在较大的晶粒中,多组孪晶相互交错,出现了大量的孪晶/孪晶交叉位置和孪晶/晶界交叉位置(图8f)。表明粗晶组织更加有利于形变孪晶的产生,从而使得在相同的应变量下,组织中具有更多的孪晶/孪晶交叉位置和孪晶/晶界交叉位置。形变孪晶产生的临界应力与晶粒尺寸满足类似Hall-Petch关系式中,σ因此,形变孪晶产生所需的临界应力随晶粒尺寸的增大而降低。900℃退火板的平均晶粒尺寸为700℃退火板的2倍左右,形变孪晶产生的临界应力明显低于700℃退火板的临界应力。由图7也可看出,700℃退火板的应力-应变曲线上锯齿产生的应力较900℃退火板高出了200MPa以上。3.3化学成分对氢脆的影响图9为TWIP钢退火板中局部碳化物的SEM像及EDS分析。可以看到,700℃退火板中部分晶界处有较多碳化物形成。通过EDS分析可确定这些碳化物为(Fe,Mn)Herbig等界面处的析出和偏聚改变了该部位处的成分分布,必然会改变SFE,进而对形变孪晶的产生造成影响。而晶界作为形变孪晶的主要形核位置然而,尽管700℃退火得到细晶组织和晶界处SFE的升高使其在变形过程中不容易产生形变孪晶,但其局部晶界处相对粗大的碳化物析出相必然对材料的塑性产生影响。Gutierrez-Urrutia等4高温退火温度对twip钢力学性能的影响(1)随退火温度的升高,TWIP钢晶粒尺寸逐渐增大,800℃以下退火板晶粒尺寸不均匀,900℃以上退火板晶粒尺寸比较均匀。退火孪晶的数量和尺寸随退火温度的升高而增大。700℃退火板晶界处容易观察到(Fe,Mn)(2)TWIP钢强度随退火温度的升高逐渐降低,900℃退火板强塑积最高,断后伸长率达到53%。相对高温退火的TWIP钢在变形过程中更容易产生持久的加工硬化能力。在电化学充氢和SSRT同时进行下,TWIP钢强度和塑性大幅下降。随退火温度的升高,强塑积损失率(R)呈增大趋势。900℃退火获得的高强塑积钢板受氢脆的影响最为明显,R达到72.7%。(3)高温退火得到的大尺寸晶粒在变形中更容易产生形变孪晶,