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原文传递中锰Q&P钢的组织演变与强韧化机理研究

论文题名：	中锰Q&P钢的组织演变与强韧化机理研究
关键词：	中锰钢;组织演变;IA-Qamp;残余奥氏体;元素扩散;强韧化机理
摘要：	我国汽车保有量的迅猛增长，给石油能源消耗、环境污染带来了巨大压力，也使得交通安全问题日益突出。汽车轻量化技术作为汽车行业的重要发展趋势，在燃油车、新能源车的节能减排、操控性、安全性和电池续航等方面均具有明显优势。目前，由于结构设计成熟度较高，轻量化材料的开发和应用成为当前汽车轻量化技术的主攻方向。钢铁作为汽车行业的重要原材料，一般占到汽车自重的65%以上，具有强度高、生产成本低以及回收便利等优势，在未来相当一段时间内具有不可替代的作用。现阶段，汽车钢铁材料的发展重点还是汽车先进高强度钢（AHSS）的研发和大规模应用。中锰钢（MMS）作为第三代汽车先进高强钢的代表之一，因其可媲美高锰TWIP钢的优异力学性能和相对较低的合金成本，成为广大专家学者以及汽车厂家研究的重点。　　就目前中锰钢工业化生产而言，罩式退火生产周期长，长时间的保温容易造成晶粒粗大降低力学性能、增加脆性；连续退火的热处理时间一般不超过15分钟，无法使中锰钢达到足够的元素扩散富集程度和逆相变奥氏体含量。于是短时临界退火-淬火配分（IA-Qamp;P）结合工艺被证实是中锰钢获得具有适当机械稳定性残余奥氏体的好方法。本文以IA-Qamp;P工艺处理中锰钢，并从进一步提升残余奥氏体稳定性、退火和配分工艺参数探究、微观组织性能演变、元素扩散富集以及强韧化机理等方面展开研究，得出以下三个方面的研究结果：　　（1）研究不同道次的短时循环加热和淬火预处理对中锰钢组织性能的影响。①预处理后，各相平均尺寸发生急剧减小，残余奥氏体形貌也从M/A岛或大板条状转变为细小针状（薄膜状）。其中，3次循环后残余奥氏体平均尺寸达到~0.14μm，并因其细小的晶粒尺寸和形貌稳定性获得了应变前后~78.30%的残余奥氏体转化率。②预处理后，大范围的轧制织构演变为无规律取向性，不仅有助于不同取向残余奥氏体发生相变诱导塑性（TRIP）效应，还增加了内部组织的均匀性；随着各相再结晶晶粒和晶界处Fe3C变得更加细小、密集，积累的大量畸变能和位错为初始应变阶段提供了更大硬化阻力。③结合线扫描和三维原子探针（3D-APT）技术研究发现，平均尺寸的降低和周围“供碳”基体的紧密环绕，预处理后的薄膜状残余奥氏体比初始M/A岛或大板条状残余奥氏体具有更高的C、Mn等元素富集程度。④预处理对中锰钢残余奥氏体机械结构、元素富集的双重增强以及更高的位错密度和晶格畸变，使得循环预处理后的中锰钢的总延伸率最高获得了~53.75%的提升（16.00%→24.60%），并且具有明显的“三阶段”加工硬化行为和更高的n值。　　（2）研究不同退火温度对基体组织的影响。①随着退火温度降低，更多的铁素体对奥氏体造成穿晶切割，导致M/A岛中大板条残余奥氏体转变为细小板条状（薄膜状），其中，670℃退火时，残余奥氏体平均横向尺寸达~50-150nm，应变前后残余奥氏体转化率达到最大。②随着退火温度的增加，更多的碳从过饱和马氏体扩散至残余奥氏体，导致残余奥氏体中碳含量持续增加；当退火温度超过700℃时，足量的碳元素导致部分残余奥氏体过于稳定，同时，大量的硬相马氏体基体增加了奥氏体发生马氏体相变的阻力，导致总伸长率持续下降。③过多的马氏体或铁素体基体中大量位错和晶格畸变会导致初始低应变状态的高硬化率，“适当”的残余奥氏体稳定性和周围基体对马氏体相变的阻力是高应变下的加工硬化率保持稳定的重要原因，因此，中锰钢在670℃退火时，获得了抗拉强度1130MPa和总延伸率26.80%的最佳组合。　　（3）研究不同配分温度对一、二次马氏体含量、形貌、尺寸以及残余奥氏体分布的影响。①随着配分温度的升高，块状二次马氏体增多并且平均尺寸相对较大，一次板条马氏体较少并且粗化。残余奥氏体主要呈细板条状分布于一次板条马氏体相间、块状二次马氏体边界或原始奥氏体晶界处，随着配分温度降低，越来越多的残余奥氏体储存在了一次板条马氏体相间。②不同配分温度下，残余奥氏体含量和其碳含量呈现相反的上下起伏趋势，一次马氏体较多或者较少，都不能使未转变奥氏体得到大量有效保留，这是因为提供碳的过饱和一次马氏体较少或未转变奥氏体基数较少。③随着配分温度的增加，硬相二次马氏体的增多导致应变过程中的变形协调能力变差，产生应力集中，屈服强度逐渐增加，也导致了初始应变阶段的高加工硬化率。抗拉强度与伸长率的变化主要受残余奥氏体含量和稳定性共同影响，进而控制着加工硬化率的持续性和n值，其中，“适当”含量的硬相二次马氏体可以为残余奥氏体的马氏体相变提供恰好的阻力，延缓断裂的发生。另外，硬相二次马氏体对硬度的贡献最大，同时也要注意引入的贝氏体等其他基体会降低整体硬度，限制残余奥氏体发生马氏体相变的阻力会降低。
作者：	刘磊
专业：	材料工程
导师：	景财年;刘运腾
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2022