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含钒低碳低硅相变诱发塑性钢的组织和性能的研究
作 者: 史文
导 师: 李麟
学 校: 上海大学
专 业: 材料学
关键词: 钒 铝 TRIP钢 冲击拉伸 残余奥氏体 转变动力学 热分解 DSC JMA 热镀锌
分类号: TG142.1
类 型: 博士论文
年 份: 2006年
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引 用: 2次
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内容摘要
本论文在研究含钒TRIP钢的处理工艺、组织和力学性能之间关系的基础上,成功地开发了低碳、低硅、含钒、含铝TRIP钢,该钢的最高强塑积可达22000MPa%,与传统的低碳高硅TRIP钢的性能相当。论文对新TRIP钢的静态和动态力学性能、残余奥氏体在静态和动态载荷下的转变动力学、残余奥氏体热稳定性、可镀锌性能进行了研究。论文主要内容描述如下。为了了解钒对TRIP钢组织和力学性能的影响,比较研究了含钒TRIP钢和无钒TRIP钢的显微组织随退火温度的变化规律。发现钒的添加,可以有效的提高TRIP钢的残余奥氏体相对量,无钒钢经780℃×5min+400℃×5min处理后可以获得最高的残余奥氏体量,为10%;含钒钢经740℃×5min+400℃×5min和800℃×5min+400℃×5min处理后可以获得最高的残余奥氏体量,为近15%。比较研究了含钒TRIP钢和无钒TRIP钢的力学性能随退火温度的变化规律。发现,钒提高了TRIP钢的强度,0.1wt%V的添加,可以使TRIP钢的强度提高60MPa;但是,钒的添加,损害了TRIP钢的塑性,0.1wt%V的添加,可以使TRIP钢的均匀延伸率下降0.1。研究还发现,TRIP钢的应力应变曲线都符合幂函数σ=Kεn规律。无论是含钒钢还是无钒钢,经相同退火温度处理的TRIP钢的强塑积都高于DP钢的强塑积,说明残余奥氏体对于提高钢的强塑积有重要的作用。在上述研究含钒TRIP钢的组织和力学性能的基础上,成功开发了低碳、低硅、含钒、含铝TRIP钢,新TRIP钢的具体成分是C:0.11%,Mn:0.8%,Si:0.55%,Al:1.0%,V:0.1%。论文研究了新TRIP钢的显微组织和力学性能随两相区退火温度的变化规律。发现,新TRIP钢含有较高的残余奥氏体量,最大值可达18%。说明钒和铝的复合添加,可以有效的提高TRIP钢的残余奥氏体量。新TRIP钢经760℃×5min+400℃×5min处理后可以获得最高的强塑积,达到22000MPa%,与传统的低碳高硅TRIP钢的性能相当。新TRIP钢具有高的n值,达到0.24,说明新TRIP钢有好的加工硬化性能,这对于汽车用钢是非常重要的。在动态冲击拉伸试验机上,研究了新TRIP钢在动态载荷下的力学性能变化规律,试验的应变率变化范围为400/s-1500/s。发现,新TRIP钢具有应变率敏感性。随应变率提高,新TRIP钢的强度、延伸率都提高,最大动态强塑积为近30000MPa%,远高于静态性能。研究了新TRIP钢中残余奥氏体在静态和动态载荷下的转变动力学。发现,方程v=1-e-Ax可以表征残余奥氏体在静态和动态载荷下的转变动力学,其中的A表征残余奥氏体随应变发生转变的速率。A越小,转变速率越慢,表示有更多的残余奥氏体可以留在变形的后期发生转变,进而可以提高TRIP钢的强塑性。与残余奥氏体量相比较,A值是影响新TRIP钢强塑积的更重要因素。不同的两相区热处理可以改变A值的大小,进而改变TRIP钢的力学性能。论文用DSC方法研究了新TRIP钢残余奥氏体的热稳定性。通过比较含残余奥氏体和不含残余奥氏体试样的DSC曲线,确定了TRIP钢残余奥氏体的热分解峰。新TRIP钢的残余奥氏体热分解温度范围为400~600℃,明显高于淬火碳钢中残余奥氏体的热分解温度。论文用Kissinger方法计算了新TRIP钢残余奥氏体热分解的激活能,其值变化范围为120-137KJ/mol。用JMA方程拟合获得了新TRIP钢残余奥氏体热分解动力学因子,据此计算的残余奥氏体热分解曲线与从DSC获得的实验结果有较好的吻合。本工作为研究TRIP钢残余奥氏体热稳定性提供了一种简便、可靠的方法。在实验室的热镀锌试验机上进行了TRIP钢的热镀锌试验研究,通过选定合适的气氛露点控制等工艺条件,对含硅量达0.55wt%的新TRIP钢,成功的实现了热镀锌,并研究了不同的锌液成分对新TRIP钢镀锌层的表面形貌和构成组织的影响。发现,镀锌液的成分对TRIP钢锌层的表面形貌和构成有重要的影响,经0.5%Al+Zn热镀锌后,锌层的表面为50μm左右的等轴晶粒,锌层中组织主要由纯锌、Zn+Al+Fe和Zn+Fe组织构成;经5%Al+Zn热镀锌后,锌层的表面为1~3mm的树枝晶,锌层中组织主要由Zn+A1、Zn+Al+Fe组织构成,没有Zn+Fe组织,说明锌液中的铝抑止了Zn+Fe组织的形成。
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全文目录
摘要 6-8 Abstract 8-15 第一章 引言 15-33 1.1 先进高强度钢在汽车中的应用 15-18 1.2 相变诱发塑性 18-21 1.3 TRIP钢生产过程中的相变 21-25 1.4 成分对TRIP钢的影响 25-28 1.5 本论文研究的意义和内容 28-33 第二章 试验方法 33-43 2.1 引言 33 2.2 材料制备 33 2.3 热处理 33-34 2.4 TRIP钢显微组织测试 34-35 2.5 TRIP钢静态力学性能测试 35 2.6 TRIP钢动态力学性能测试 35-38 2.6.1 冲击拉伸试验机 35-37 2.6.2 测试原理 37-38 2.7 热分析 38-39 2.8 热镀锌 39-43 2.8.1 热镀锌模拟试验机 39 2.8.2 热镀锌试验过程 39-43 第三章 含钒TRIP钢的显微组织 43-61 3.1 引言 43-44 3.2 实验方法 44 3.2.1 材料制备 44 3.2.2 显微组织检测 44 3.3 试验结果 44-53 3.3.1 显微组织的光镜形貌 44-49 3.3.2 显微组织的TEM形貌 49-51 3.3.3 组织相对量 51-53 3.4 讨论 53-57 3.4.1 两相区退火温度对铁素体相对量的影响 53-55 3.4.2 钒碳化物的低温溶解 55-56 3.4.3 钒对残余奥氏体相对量的影响 56-57 3.5 结论 57-61 第四章 含钒TRIP钢的静态拉伸性能 61-85 4.1 引言 61 4.2 试验过程 61 4.3 结果和讨论 61-82 4.3.1 退火温度和钒对屈服行为的影响 61-65 4.3.2 退火温度和钒对试验钢屈服强度的影响 65-68 4.3.3 退火温度和钒对试验钢抗拉强度的影响 68-71 4.3.4 退火温度和钒对试验钢延伸率的影响 71-76 4.3.5 退火温度和钒对试验钢强塑积的影响 76-77 4.3.6 退火温度和钒对试验钢加工硬化率(n值)的影响 77-80 4.3.7 试验钢应力应变曲线的拟合 80-82 4.4 结论 82-85 第五章 热处理对含钒、铝TRIP钢的显微组织和力学性能的影响 85-102 5.1 引言 85 5.2 试验钢的化学成分和热处理 85-86 5.3 试验结果和讨论 86-99 5.3.1 TRIP钢相变临界点的测定 86 5.3.2 热处理对TRIP钢显微组织的影响 86-88 5.3.3 热处理温度对TRIP钢力学性能的影响 88-94 5.3.4 试验钢的动态力学性能 94-99 5.4 结论 99-102 第六章 残余奥氏体转变动力学测试和分析 102-111 6.1 引言 102 6.2 试验过程 102 6.3 试验结果 102-109 6.3.1 残余奥氏体转变动力学测试结果 102-104 6.3.2 残余奥氏体转变动力学拟合 104-105 6.3.3 残余奥氏体转变动力学分析 105-108 6.3.4 试验钢的动态残余奥氏体转变规律 108-109 6.4 结论 109-111 第七章 TRIP钢中残余奥氏体的热稳定性 111-136 7.1 引言 111-112 7.2 实验方法 112-113 7.2.1 试样制备 112-113 7.2.2 DSC测试和分析方法 113 7.3 试验结果和讨论 113-133 7.3.1 残余奥氏体热分解峰的判断 113-114 7.3.2 A3钢的残余奥氏体热分解动力学 114-125 7.3.3 高碳FeMnSi合金的奥氏体热分解动力学 125-130 7.3.4 有关TRIP钢中残余奥氏体热分解动力学的一些讨论 130-133 7.4 结论 133-136 第八章 TRIP钢的热镀锌试验 136-150 8.1 引言 136-137 8.2 实验过程 137-138 8.2.1 试验钢的成分和热镀锌试样制备 137 8.2.2 热镀锌工艺 137-138 8.3 试验结果 138-147 8.3.1 热镀锌层的表面宏观形貌 138-140 8.3.2 镀锌层厚度 140-141 8.3.3 镀锌层的显微组织形貌 141-143 8.3.4 镀锌层SEM观测结果 143-147 8.3.5 初步的讨论 147 8.4 结论 147-150 第九章 总结 150-152 本文的创新点 152-153 攻读博士学位期间发表的论文和申请的专利 153-156 致谢 156-157
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 钢 > 钢的组织与性能
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