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高强度冷轧贝氏体钢的组织性能控制研究

张俊潇  
【摘要】:汽车轻量化对于节能环保乃至对汽车工业的可持续发展意义重大。高强度汽车用钢是实现汽车轻量化并提高安全性能的重要途径。但是,高强度汽车用钢在冷成形加工特别是复杂零部件局部成形(如翻边凸缘、弯曲等)时易开裂,这严重制约了其推广应用。TBF(TRIP-Aided Bainitic Ferrite)钢以贝氏体为基体组织,以残余奥氏体为第二相。由于避免了如双相钢中存在的软-硬相硬度差问题,TBF钢具有良好的局部成形性能。本文以低碳Si-Mn-Nb系TBF钢为研究对象,对连续退火过程中的贝氏体相变行为、组织演变、力学性能和局部成形性能进行了系统研究,论文取得了如下研究成果:1.利用相变仪研究了不同奥氏体晶粒尺寸下的贝氏体相变动力学规律。研究结果表明,随奥氏体晶粒尺寸细化,奥氏体稳定性提高,需要更高冷速避开铁素体区;随贝氏体区等温温度升高,贝氏体相变动力学加快;相同等温温度下,随奥氏体晶粒尺寸细化,贝氏体相变动力学变慢。2.研究了退火工艺参数对基体组织形态、残余奥氏体的形貌、体积分数及分布对强塑性的影响规律。实验结果表明:(1)均热温度为860℃时,组织类型为铁素体+岛状马氏体+板条贝氏体+残余奥氏体,残余奥氏体主要以块状形态分布于铁素体晶界处;均热温度900℃时,组织类型为板条贝氏体+块状马氏体+少量铁素体,块状的残余奥氏体减少,条状的残余奥氏体增多;均热温度950℃时,铁素体的含量进一步减少,残余奥氏体主要以薄膜状形态分布于贝氏体的板条间。随均热温度的升高,组织中铁素体和马氏体的分数降低,板条贝氏体的分数提高,屈服强度明显提高,而抗拉强度、延伸率和残余奥氏体体积分数变化不大。(2)不同等温时间和等温温度下,组织类型为板条贝氏体+少量块状马氏体+少量铁素体和残余奥氏体。随等温时间延长,残余奥氏体由粒状转变为薄膜状,抗拉强度先降低后趋于平缓,屈服强度先升高后趋于平缓;延伸率和残余奥氏体体积分数则先增加后降低。相同等温时间,提高等温温度,抗拉强度降低,屈服强度提高。等温温度为400℃时,等温时间为180s时,强塑积达到21111MPa%。(3)加热速率为5℃/s时,残余奥氏体主要以薄膜状分布于贝氏体板条间;加热速率提高至50℃/s时,残余奥氏体主要以块分布于铁素体晶界处。提高加热速率,减小奥氏体晶粒尺寸,进而提高奥氏体稳定性,组织类型为铁素体+马氏体+板条贝氏体。提高加热速率,铁素体和马氏体体积分数增加,板条贝氏体体积分数降低,屈服强度明显降低,抗拉强度略有降低,而延伸率和残余奥氏体体积分数显著提高。加热速率为50℃/s时,强度随等温时间的延长均降低,延伸率和残奥体积分数均提高,等温时间250s时,其强塑积为24075MPa%,延伸率为23.58%。3.通过扩孔和三点弯曲实验,研究了 TBF钢的局部成形性能及裂纹的形成和扩展行为。研究结果表明:(1)随均热温度的提高,局部成形性能显著提高,分别为25%,42%,53%。均热温度为860℃时,微孔密度最大,且主要在铁素体/马氏体相界面形成并聚集成微裂纹,微裂纹在扩展过程中遇到硬相组织马氏体主要以撕裂铁素体转向继续扩展;随均热温度的提高,微孔密度降低,且微裂纹在扩展过程中遇到硬相组织贝氏体/马氏体时会转向撕裂铁素体或者沿原扩展方向撕裂贝氏体继续扩展。(2)贝氏体等温温度为400℃,扩孔率随等温时间延长先升高后略有降低。等温时间50s时,裂纹尖端附近组织微孔密度最大,裂纹扩展过程中会撕裂硬相组织贝氏体。随等温时间延长,裂纹附近组织塑性变形程度越来越严重,微孔密度越来越小。等温温度370℃时,基体组织强度较高,扩孔率随等温时间延长,逐渐升高。(3)加热速率由5℃/s提高至50℃/s,局部成形性能显著降低。加热速率为50℃/s时,裂纹尖端附近的微孔主要在铁素体/马氏体相界面生成,裂纹主要沿马氏体/铁素体相界面扩展。(4)两步等温热处理后,局部成形性能最高,即扩孔率54%,沿轧制方向弯曲180°不开裂。微裂纹附近微孔密度极小,微观组织塑性变形程度严重。


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