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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

史文  
【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=Kε~n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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