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原文传递热轧及冷轧快速退火低硅含磷TRIP钢组织性能研究

论文题名：	热轧及冷轧快速退火低硅含磷TRIP钢组织性能研究
关键词：	TRIP钢;热轧工艺;退火处理;组织性能;成分设计;汽车轻量化
摘要：	在社会倡导低碳节能环保的大背景下，现代汽车工业的发展也向着在保证安全性能的前提下尽可能轻量化以降低油耗和排放。综合考虑成本、回收和维护，汽车轻量化的首选材料就是高强钢，其中TRIP钢不但具有高强度，还具有高的断后延伸率，为解决强度和塑性的矛盾提供了方向，因而成为汽车用高强钢板的一大热点。然而在TRIP钢成分改进及强度进一步提高的研究进展中，依然存在很多问题。基于此，本文采用低硅含磷以及钒微合金化的成分设计思路，对TRIP钢的热轧、冷轧连续退火工艺以及热镀锌用TRIP钢的连续退火工艺进行深入系统的研究。论文主要工作及研究成果如下: 　　(1)研究TRIP钢的连续冷却相变行为。　　变形温度由900℃降低到800℃，含钒TRIP钢的Ar3升高，铁素体形成区扩大，即γ+α两相区间增大，这对扩大工艺窗口，利用应变诱导铁素体相变来控制生成细小的铁素体晶粒，从而进一步提高TRIP钢的性能是十分有益的。随着冷速的增加，变形温度对Ar3的影响逐渐增大。钒的氮化物和碳化物在铁素体晶粒和晶界处弥散析出，即使以0.5℃/s的冷速缓慢冷却时，绝大多数析出粒子的尺寸在2～5nm范围内。　　(2)对低硅含磷TRIP钢采用不同的热轧工艺，探讨工艺参数对其组织性能的影响机理，为钒微合金化低硅含磷TRIP钢热轧工艺的制定提供理论依据。　　适当降低精轧温度或空冷终冷温度能够提高TRIP钢的综合性能。终冷温度690℃，终轧温度＞Ae3时，基体组织为板条贝氏体;终轧温度降低到Ae3～Ar3区间时，基体组织为～4.5μm的细小均匀的等轴状铁素体。终轧温度820℃，轧后空冷终冷温度控制在630～700℃范围内，得到的铁素体平均晶粒尺寸为～4μm;贝氏体板条位向混乱，平行成束排列，随着终冷温度的升高，贝氏体形态为模糊的合并后的大板条轮廓;残余奥氏体多分布在铁素体晶粒的边界及三叉点处，尺寸为0.4～1.9μm。　　(3)在对低硅含磷TRIP钢热轧实验研究的基础上，将钒微合金化低硅含磷TRIP钢终轧温度控制在Ae3～Ar3范围，成功研发出适合生产高强钒微合金化TRIP钢的热轧工艺，并阐明其组织性能的影响机理。　　实验钢的显微组织均由多边形铁素体、粒状贝氏体和少量残余奥氏体组成，粒状贝氏体组织中，存在大量细小的M/A岛等第二相组织，由于第二相粒子为硬质相，能够与位错发生交互作用，阻碍位错的运动，这是强度提高的一个重要原因。综合比较延伸率和吸收能量的能力，终轧温度在Ae3附近时，终冷620℃时的延伸率为22.4％，强塑积达到20272(MPa.％);终轧温度在Ae3～Ar3区间，终冷630℃时的延伸率为21.7％，强塑积达到20181(MPa.％)。随着终轧温度由840℃降低到800℃，平均铁素体晶粒尺寸由5.2μm减小到4μm;析出粒子尺寸大多在2～5nm范围内。　　(4)利用Thermo-Calc软件分析计算P和V的影响，并探索冷轧压下量和退火工艺的影响，给出退火参数与组织性能之间的相互影响关系和控制原理。　　添加P和V使α→γ相变温度升高，(α+γ)两相区的相变范围增大，连续退火工艺窗口扩大，有利于将快速及超快速加热应用于TRIP钢的退火工艺中。添加适量P，减小α→γ相变驱动力，同时有利于γ中C元素的富集。添加w(V)＜0.1％时，对γ中的C浓度基本无影响，但这同时也不利于发挥V的析出强化作用;添加w(V)=0.2％时，γ中C含量略为降低。　　快速加热的连续退火过程，可以通过抑制回复，推迟再结晶到更高温度下完成，从而大大促进再结晶动力学，实现TRIP钢组织的超细化。加热速率80℃/s，临界退火温度880℃时，具有良好的强塑性配合;～300℃/s的超快速加热使晶粒细化到≤3±0.5μm，残奥的片层宽度减小至＜50nm。增加冷轧压下量使强塑性同步增加。将退火温度升高到完全奥氏体化温度以上，基体组织由PF改变为BF，强度增加，塑性性能降低。　　(5)超高强热镀锌用TRIP钢连续退火工艺（包括改变初始热轧组织、不同的基体组织、快速加热及超快速加热）的研究。　　贝氏体区等温温度较高时(460℃)，碳原子的扩散能力较强，因而虽然等温时间很短(～20s)，但残奥中C浓度足以满足发生TRIP效应所要求的稳定性。初始组织为F+B的强度要高于初始组织为F+P的钢板，延伸率略低，而强塑积仍优于初始组织为F+P。基体组织为BF时强度(1045MPa)高于基体组织为PF(1030MPa)，但延伸率和强塑积较低。基体组织为PF时，延伸率和强塑积分别达到24.5％和24720MPa.％，除了残余奥氏体的形变诱导马氏体相变、贝氏体以及钒析出的强化作用外，铁素体晶粒尺寸(2.5±0.5μm)的细化也是PF钢强度较高的一个重要因素。在增加加热速率的同时，适当升高临界退火温度，会提高其综合性能，加热速率为80℃/s时，临界温度为880℃时，其综合性能优异。加热速率为～300℃/s时，随着退火时间的延长，强度降低，而延伸率呈上升趋势，表征强度与塑性综合性能的强塑积由退火时间10s时的23976MPa.％降低到180s时的23625MPa.％，在本次超快速试验条件下各向异性指数良好，均＞1.0;屈强比波动不明显。
作者：	侯晓英
专业：	材料加工工程
导师：	吴迪;许云波
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文