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近年来,汽车用钢在减重和提高安全性方面有了很多进展。汽车用钢的发展关注强度和塑性综合性能的提高。强度的提高可以使汽车厂降低车身重量;而塑性的提高能够满足更加复杂的汽车零件成型性的需要。具有奥氏体组织的高锰钢由于相变诱发塑性(TRIP)或孪晶诱发塑性(TWIP)效应而同时具有高强度、高塑性、高的撞击吸收能,因而得到了广泛的理论和实验上的关注。对于奥氏体高锰钢已进行了很多关于其成分和机械性能的研究,但是其生产加工工艺并没有给予足够的关注。众所周知,此类高锰、高铝钢用常规的汽车板生产工艺生产时可能会存在难点,并且其生产加工时的工艺参数也会对其组织和性能有重要影响。
在本研究中,首先基于TWIP钢成分设计原则制备了不同成分的奥氏体Fe-Mn-C钢,回顾了改善其连铸工艺性能的方法,然后计算并测试了其凝固范围。随后用高温拉伸和压缩的方法研究了其高温变形行为,最后研究了不同工艺的热轧以及冷轧和连续退火对其组织和性能的影响。通过本研究发现:
1)大量的Mn、C元素以及A1和Si元素的加入使得Fe-Mn-C奥氏体钢的液固相线明显降低。Fe-Mn-C奥氏体钢的热导率较低,凝固速度慢,连铸时凝壳厚度低,易拉漏,高铝钢易堵塞冒口,常采用模铸。采取一定的措施如:根据其液相线温度降低浇铸温度、增大凝固时铸坯冷却速度及选择合适的覆盖剂可以改善Fe-Mn-C奥氏体钢的连铸工艺性能。
2)在800-900℃时,Fe-Mn-C TWIP呈现出良好的塑性,断面收缩率维持在70%-90%;在1150-1250℃时各钢的热塑性比800-900℃时有不同程度降低,尤其在1200℃以上时;V的加入,明显降低了Fe-22Mn-0.6C在1150℃以上的热塑性。
3)Al和Si的加入增大了Fe-Mn-C TWIP钢的变形抗力,尤其是在950℃变形时;但是,本体系中各成分的TWIP钢的变形激活能差别不大。
4)热变形温度,特别是终轧温度对Fe-Mn-C TWIP钢的奥氏体晶粒的再结晶进程有明显影响。当终轧温度在920℃以上时,在随后的空冷过程中,奥氏体晶粒完成再结晶后晶粒迅速长大;当终轧温度低于850℃时,奥氏体晶粒基本完成再结晶但晶粒长大的程度明显降低。
5)奥氏体晶粒尺寸对Fe-Mn-C TWIP钢的拉伸性能有显著影响,随着晶粒尺寸的减小热轧钢的屈服强度明显升高,在本实验中约有200MPa的差距。为了降低热轧钢的屈服强度提高塑性,Fe-Mn-C TWIP钢易采取920℃以上终轧,终轧后空冷2-5s,一般在低于500℃卷取时就不会析出碳化物和发生珠光体转变。
6)高温退火或水韧处理时Fe-Mn-C TWIP钢的奥氏体晶粒合并长大,随着晶粒尺寸的长大,屈服强度明显降低,塑性增加,但是水韧处理后由于晶粒尺寸过于粗化,部分Fe-Mn-C TWIP钢的塑性有所降低。
7)冷轧Fe-Mn-C TWIP钢在650℃-900℃下连续退火时,奥氏体晶粒迅速完成结晶,并在700℃以上时快速长大;随着连续退火温度的升高650℃-800℃,Fe-Mn-C TWIP钢再结晶后晶粒尺寸长大,室温拉伸时的屈服降低,延伸率升高,借助连续退火工艺将Fe-Mn-C TWIP钢的屈服强度控制在350-650MPa。