高強(qiáng)度高塑性TWIP鋼的開(kāi)發(fā)研究_圖文

1、第40卷第1期 2o o 5年1月鋼 鐵Iron and SteelV01.40,No.1 January 2005高強(qiáng)度高塑性TwIP鋼的開(kāi)發(fā)研究米振莉, 唐 荻, 嚴(yán) 玲, 郭 錦(北京科技大學(xué)高效軋制國(guó)家工程研究中心,北京100083摘要:通過(guò)調(diào)整成分,研究了一種新型的高錳鋼成分對(duì)組織結(jié)構(gòu)和TwIP效應(yīng)以及對(duì)強(qiáng)度、塑性的影響。結(jié)果表 明,該鋼在變形后基體中存在大量細(xì)小的形變孿晶,室溫下可具有相變誘導(dǎo)塑性和孿晶誘導(dǎo)塑性的TwIP效應(yīng),因 而具有高的強(qiáng)度(1ooo MPa以上和極高的伸長(zhǎng)率(60%90%。該鋼種是很有前途的高強(qiáng)度、高塑性鋼種,滿(mǎn)足 下一代汽車(chē)制造對(duì)鋼鐵材料的需求。關(guān)鍵詞:高強(qiáng)

2、度;高塑性;TWIP鋼中圖分類(lèi)號(hào):TG333.7+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0449749x(2005010058一03Study of High Strength and High PlasticityTWIP Steel MI Zhenli, TANG Di, YAN Ling, GUO Jin(National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,USTB,Beijing 100083,China Abstract:In order to meet the needs of safety, weight

3、 reduction, fuel一saving for the automobile, it is very important to develop new steel grades.A new highstrength and highplasticity TWIP steel for automobile body is introduced.Some experiments and their results are given.The results indicated that the TWIP steel has excellent properties.It exhibited

4、 high ultimate tensile strength(exceeding 1OOO MPaand extreme elongation of 60%to 90%.In the future it will be used on new generation of vehicle.Key words:highstrength;highplasticity;TWIP steel近2年國(guó)際上鋼鐵材料的研究人員不斷攻關(guān)和 研究,對(duì)于錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%30%,鋁和硅的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%4%的鋼,在機(jī)械載荷的作用 下,呈現(xiàn)出高強(qiáng)度和良好的塑性,對(duì)于不同的成分范 圍,該鋼在變形時(shí)產(chǎn)生孿晶誘發(fā)塑

5、性(twinning induced plasticity或通過(guò)馬氏體相變從殘余奧氏體 成為ek。馬氏體再轉(zhuǎn)變?yōu)獒?。馬氏體的相變誘發(fā)塑性 (transformation induced plasticity12。該鋼種有 極好的綜合力學(xué)性能,強(qiáng)度高、韌性塑性好,本文對(duì) TWIP鋼進(jìn)行了探索研究。1試驗(yàn)材料和方法1.1成分設(shè)計(jì)及冶煉試驗(yàn)鋼以低碳高錳鋼為基體,加入適量A1、Si 合金進(jìn)行冶煉,冶煉工藝采用真空爐冶煉和電磁攪 拌,冶煉過(guò)程中爐內(nèi)充入Ar氣,然后進(jìn)行模鑄。實(shí) 驗(yàn)鋼種按錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同分為4組,分別為訓(xùn) (Mn一15%,叫(Mn一20%,叫(Mn一25%,叫 (Mn一30%,分別表各組

6、都添加叫(Si一3%,叫 (A1一3%,其他為Fe。分別表示為Fe一15Mn一3Si一 3Al,Fe一20Mn一3Si一3A1,Fe一25Mn一3Si一3A1,Fe一 30Mn一3Si一3Al,樣品實(shí)際測(cè)量出的化學(xué)成分如表1所示。1.2試樣制備及試驗(yàn)方案鑄錠經(jīng)過(guò)鍛造加工后獲得直徑20mm的圓棒, 加熱到1100后保溫2h,而后經(jīng)過(guò)水韌處理,加工 成尺寸為12mm×110mm的拉伸試樣。4組試樣 在MTS實(shí)驗(yàn)機(jī)上做室溫拉伸試驗(yàn),由于考慮到鋼 種塑性較高,變形速率對(duì)其影響不是很大3,選擇了 10_3s-1作為其變形速率。對(duì)拉伸前后的試樣進(jìn)行組表1實(shí)驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分第1期 米振莉等:高強(qiáng)度

7、高塑性TwIP鋼的開(kāi)發(fā)研究織觀察和斷口掃描分析等。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1Fe15Mn一3si一3Al試樣試驗(yàn)結(jié)果圖1、2分別是4種試驗(yàn)鋼經(jīng)過(guò)室溫拉伸試驗(yàn)后 其工程應(yīng)力一應(yīng)變和真應(yīng)力一應(yīng)變的關(guān)系曲線(xiàn),從 圖1、2可以看到,Fe一15Mn一3si一3Al鋼變形開(kāi)始,應(yīng) 力增加很快,幾乎在極小的應(yīng)變范圍內(nèi)就完成了彈 性變形,其屈服強(qiáng)度為400MPa,之后隨著塑性應(yīng)變 增加,拉伸應(yīng)力也不斷提高,到試樣斷裂時(shí)總伸長(zhǎng)率 達(dá)到29%,最大真應(yīng)變達(dá)到o.25,而相應(yīng)的抗拉強(qiáng) 度為1075MPa,最大真應(yīng)力達(dá)到1380MPa。拉伸斷 裂后斷口整齊均勻,試樣沒(méi)有產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。該成分 鋼的原始組織是由鐵素體、殘余奧

8、氏體和%。一馬氏 體、h。一馬氏體組成,變形過(guò)程中殘余奧氏體和h。 一馬氏體發(fā)生形變誘導(dǎo)相變,拉伸后組織主要由鐵 素體和馬氏體組成,由于拉伸過(guò)程中產(chǎn)生相變,應(yīng)變 誘發(fā)馬氏體形成引起了應(yīng)力及塑性的增加,從而使 該鋼有高的強(qiáng)度和塑性,這也是TRIP鋼的應(yīng)力一 應(yīng)變曲線(xiàn)的獨(dú)特性。試樣拉伸后通過(guò)掃描電鏡觀察 的顯微組織如圖3(a所示。2.2Fe一20Mn一3si一3Al試樣試驗(yàn)結(jié)果從圖1、2上可以看出,Fe一20Mn一3Si一3A1鋼其 彈性變形進(jìn)行的相當(dāng)快,而塑性變形占據(jù)很大的變 形空間,經(jīng)測(cè)定的屈服強(qiáng)度為360MPa,抗拉強(qiáng)度達(dá) 到827MPa,總伸長(zhǎng)率達(dá)到64%,當(dāng)試樣斷裂時(shí)其 最大真應(yīng)力達(dá)到了

9、1360MPa,而相應(yīng)的最大真應(yīng)變 也達(dá)到了o.49。該成分鋼不僅具有很高的強(qiáng)度,塑 性指標(biāo)也較好,而拉伸后試樣仍然沒(méi)有產(chǎn)生頸縮現(xiàn) 象。分析表明,該成分鋼的原始組織為殘余奧氏體和 釩。一馬氏體、“。一馬氏體,當(dāng)應(yīng)變?cè)黾訒r(shí),奧氏體的 體積分?jǐn)?shù)減少,而馬氏體的體積分?jǐn)?shù)基本保持不 變。當(dāng)變形大于5%時(shí),a馬氏體的體積分?jǐn)?shù)開(kāi)始增 加。發(fā)生了應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相轉(zhuǎn)變,從而增加塑性指 標(biāo),即TRIP效應(yīng)。Fe一20Mn一3si一3Al鋼同時(shí)表現(xiàn)出罡善R瑙da一盞、R惻撼圖14組試樣工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線(xiàn)比較Fig.1Stress Vs.plastic stain curVes of fourgroups of s

10、amples真應(yīng)變胍圖24組試樣真應(yīng)力一應(yīng)變曲線(xiàn)比較Fig2True stress Vstrue pJastjc stajncurves Of four groups Of samples(aw(Mn一15%;(b(Mn=20%;(c(Mn一25%;(d(Mn一30%圖34種試驗(yàn)鋼試樣拉伸后SEM組織Fig3 MicrOstructure 0f a deformed sample,SEM鋼鐵 第40卷TRIP和TWIP的特性,這是由于它具有低的層錯(cuò) 能和亞穩(wěn)奧氏體,相對(duì)高的應(yīng)變硬化率沒(méi)有真正的 TRIP鋼那樣明顯,試樣拉伸后通過(guò)掃描電鏡觀察 的顯微組織如圖3(b所示,其結(jié)構(gòu)與圖3(a有明顯 的

11、不同,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)島狀的組織。2.3Fe一25Mn一3si一3Al試樣試驗(yàn)結(jié)果從圖1、2可以看出,Fe一25Mn一3Si一3Al其彈性 形變區(qū)域更小,而塑性變形更加明顯并加大,其屈服 強(qiáng)度僅330MPa左右,抗拉強(qiáng)度651MPa,總伸長(zhǎng) 率達(dá)到70%,當(dāng)試樣斷裂時(shí)其最大真應(yīng)力也達(dá)到 1110MPa,而相應(yīng)的最大真應(yīng)變更是達(dá)到了o.53。 該鋼在變形前后其室溫組織全部是奧氏體,原始狀 態(tài)時(shí)是單一退火孿晶,圖4為其原始組織,經(jīng)過(guò)拉伸 后晶粒內(nèi)產(chǎn)生大量的形變孿晶,圖3(c為其變形組 織,可以看到變形后的孿晶非常明顯。研究表明31隨 著伸長(zhǎng)率的增加促進(jìn)了應(yīng)變誘發(fā)孿生,而發(fā)生了機(jī) 械孿晶誘導(dǎo)塑性,即為T(mén)WI

12、P效應(yīng),正是這些形變 孿晶誘導(dǎo)出基體的良好的延伸性。圖4Fe.25Mn一3si一3Al試樣拉伸前SEM顯微組織 Fig.4Microstructure of Fe一25Mn一3Si一3Alsample before deformation,SEM2.4Fe一30Mn一3Si一3Al試樣試驗(yàn)結(jié)果從圖1、2可以看到,Fe一30Mn一3Si一3A1鋼其彈 性變形階段更加不明顯,經(jīng)測(cè)定屈服強(qiáng)度只有250 MPa,抗拉強(qiáng)度637MPa,總伸長(zhǎng)率達(dá)到82%,是 幾種成分中塑性最高的,當(dāng)試樣斷裂時(shí),其最大真應(yīng) 力達(dá)到1160MPa,而相應(yīng)的最大真應(yīng)變已經(jīng)達(dá)到了 o.6。拉伸后試樣沒(méi)有產(chǎn)生很明顯的頸縮現(xiàn)象,最

13、大 伸長(zhǎng)率達(dá)到80%以上。研究表明,此成分鋼種與Fe一 25Mn一3Si一3Al鋼具有相同的室溫組織,變形前后均 為奧氏體,并且在變形后基體中存在大量的形變孿 晶,正是形變誘導(dǎo)孿晶作用而使鋼具有非常好的延 伸性能,因此產(chǎn)生TWIP效應(yīng)。試樣拉伸后通過(guò)掃 描電鏡觀察的顯微組織如圖3(d所示,組織中有大 量細(xì)小的形變孿晶。2.5不同試樣試驗(yàn)結(jié)果比較由4組試驗(yàn)鋼經(jīng)過(guò)室溫拉伸試驗(yàn)后其工程應(yīng)力 一應(yīng)變和真應(yīng)力一應(yīng)變的關(guān)系曲線(xiàn)可以得出,由于 錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同,試樣的屈服強(qiáng)度和真應(yīng)力一應(yīng) 變曲線(xiàn)斜率也不同。錳的添加降低了屈服應(yīng)力和拉 伸強(qiáng)度。隨著錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由15%增加到30%,屈 服強(qiáng)度逐步降低,由380

14、MPa下降到250MPa,抗 拉強(qiáng)度也有所下降,由1075MPa下降到637MPa, 可見(jiàn)整體強(qiáng)度都略有下降,總伸長(zhǎng)率則從29%增加 到82%以上,塑性有很大幅度提高,突出表明TRIP 效應(yīng)特別有利于強(qiáng)度的提高,而TWIP效應(yīng)則特別 有利于塑性的提高,調(diào)整成分可以得到強(qiáng)度很高,塑 性好的鋼種,也可以得到強(qiáng)度較高,而塑性韌性特別 優(yōu)良的鋼種。3結(jié)論(1TRIP鋼(Fe15Mn一3Si一3A1和Fe一20Mn一 3Si一3A1室溫下具有30%64%的總伸長(zhǎng)率和 8301075MPa的抗拉強(qiáng)度。在變形中形成漸進(jìn)的 相態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程,延遲了局部縮頸的發(fā)生,最終獲得較 大的伸長(zhǎng)率和較高的強(qiáng)度。(2TWIP鋼

15、(Fe一25Mn一3Si一3Al和Fe一30Mn一 3Si一3A1具有70%82%的總伸長(zhǎng)率和637650 MPa的抗拉強(qiáng)度。優(yōu)異的力學(xué)性能是由于變形過(guò)程 中7在母體內(nèi)產(chǎn)生了大量的機(jī)械孿晶。TWIP鋼在 室溫表現(xiàn)出極高的塑性和較高的強(qiáng)度。(3TwIP鋼(Fe一25Mn一3Si一3A1和Fe一30Mn一 3Si一3A1組織中有大量細(xì)小的形變孿晶。參考文獻(xiàn):1Graessel 0,Kruege Lr.High strength FeMn一(Al,SiTRIP/ TwIP Steels Developmentpropertiesapplication J. International Journal

16、 of Plasticity,2000,16,13941409.2Georg Frommeyer,udo Brvx,Peter Neumann.supraductile and Highstrength ManganeseTRIP/TWIP Steels for High enegy Absorption Purposes口.IsIJ International,2003,43 (3:438446.3Frommeyer G,Grassel 0.High strength TRIP/TwIP and Superplastic Steels:Development, Properties, App

17、lication J.La Revue De MetallurgieCIT,1998,10,12991310. 4Udo Brux, Georg Frommeyer, oliver Grassel, Pt nz. Development and Characterization of High Strength Impact Resistant FeMn一(A1一,siTRIP/TwIP steelsJ.Materials Techn0109y,Steel Research,2002,73(6+7,Z94298. 高強(qiáng)度高塑性TWIP鋼的開(kāi)發(fā)研究作者:米振莉 , 唐荻 , 嚴(yán)玲 , 郭錦作者單

18、位:北京科技大學(xué)高效軋制國(guó)家工程研究中心,北京,100083刊名:鋼鐵 英文刊名:IRON & STEEL年,卷(期:2005,40(1被引用次數(shù):16次參考文獻(xiàn)(4條1. Graessel O. Kruege Lr High Strength Fe-Mn-(Al, Si TRIP/TWIP Steels Development-properties-application 20002. Georg Frommeyer. Udo Brvx. Peter Neumann Supra-ductile and High-strength Manganese-TRIP/TWIP Steelsf

19、or Highenergy Absorption Purposes 2003(033. Frommeyer G. Grassel O High Strength TRIP/TWIP and Superplastic Steels: Development, Properties,Application 19984. Udo Brux. Georg Frommeyer. Oliver Grassel Development and Characterization of High Strength ImpactResistant Fe-Mn-(Al-, Si TRIP/TWIP Steels 2

20、002相似文獻(xiàn)(10條1.期刊論文 張瑞慶 . 緱順虎 . 張艷紅 . 張盛良 . 荊毅 . Zhang Rui-qing. Gou Shun-hu. Zhang Yan-hong. Zhang Sheng-liang . Jing Yi 錳基高強(qiáng)度高塑性高阻尼形狀記憶合金研究 -機(jī)械研究與應(yīng)用 2009(1用磁懸浮熔煉、測(cè)定試樣形狀記憶效應(yīng)(SME、金相法、DSC、斷口SEM和自由震動(dòng)波衰減曲線(xiàn)等研究了高強(qiáng)度高塑性高阻尼的Mn基形狀記憶合金的記 憶特性,Cu、Ni、Fe、Cr、Ti、N等合金元素的作用.結(jié)果表明,Cu溶入愈多,合金的形狀記憶效愈高;適當(dāng)?shù)臅r(shí)效熱處理強(qiáng)化合金,提高SNE;含Ti

21、、N元素的 合金Mn3有最好的SME,回復(fù)率迭73%.所研究的合金都有明顯的雙程形狀記憶效應(yīng),合金Mn3的雙程形狀記憶效應(yīng)迭21%,比較少見(jiàn).淬火狀態(tài)的合金有高的塑 性,延伸率達(dá)25%,表示有極高的加工工藝性并有良好的阻尼抗震能力.淬火時(shí)效狀態(tài)的合金有高的強(qiáng)度極限,尤其是高的屈服極限( =320475MPa,適當(dāng) 的塑性(=4.25%以上,預(yù)示合金有較高的斷裂韌性K1c,斷裂前會(huì)有明顯變形預(yù)示,提高構(gòu)件工作安全性.合金元素還能提高所研究合金的抗氧化和抗腐 蝕能力.2.學(xué)位論文 胡少虬 大直徑高強(qiáng)度高塑性高彈性模量鋁合金研制及淬火殘余應(yīng)力演變規(guī)律研究 2007以微觀組織設(shè)計(jì)為核心,采用相圖微觀組

22、織設(shè)計(jì)工藝性能的研究思路,進(jìn)行了相圖計(jì)算、相變分析及相的鑒定,為工藝設(shè)計(jì)提供了科學(xué)可靠 的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù),研制出新型大尺寸噴射沉積超高強(qiáng)度高彈性模量高塑性鋁合金(Al-10.0Zn-3Mg-1.6Cu-0.8Ni-0.8Zr,Fe<0.1wt%,Si<0.05wt%。 提出了優(yōu)晶理論:晶粒尺寸最優(yōu)(本合金是7m、析出相最優(yōu)、固溶程度最優(yōu)和這三者配合最優(yōu)。以相圖為基礎(chǔ),通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間多級(jí)固溶,將組織統(tǒng) 一為單一的細(xì)小均勻的充分再結(jié)晶組織,實(shí)現(xiàn)最佳固溶序列和時(shí)效脫溶序列的合理匹配,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、塑性和彈性模量等綜合性能同步提高。為該合金設(shè)計(jì)了全套工藝,特別是開(kāi)發(fā)出獨(dú)特的四級(jí)固溶工藝和三級(jí)時(shí)效工

23、藝,對(duì)150×260mm試樣實(shí)現(xiàn)平均抗拉強(qiáng)度b:770MPa,平均屈服強(qiáng)度 m2=730MPa,平均延伸率=9%,平均彈性模量E:75.5GPa。提出了理想固溶時(shí)效工藝設(shè)計(jì)理論及經(jīng)驗(yàn)公式。合金性能整體水平達(dá)到了美國(guó)2002年最新 開(kāi)發(fā)的7085合金的研究水平(平均抗拉強(qiáng)度b=770MPa,平均延伸率6=11%,平均彈性模量E:72GPa。自動(dòng)化控制的關(guān)鍵在于確認(rèn)設(shè)備之間的核心關(guān)系式及明確判別標(biāo)準(zhǔn),可以實(shí)現(xiàn)噴射沉積材料的組織穩(wěn)定性和最優(yōu)化,大幅度提高噴射沉積材料的質(zhì) 量。通過(guò)研究噴射沉積工藝流程自動(dòng)化控制的五個(gè)核心關(guān)系式,為噴射沉積設(shè)備全面自動(dòng)化改造奠定了核心技術(shù)。系統(tǒng)和全面地深入研究

24、了淬火熱應(yīng)力、塑性變形、殘余應(yīng)力、淬火界面、試樣形貌的演變規(guī)律,建立了一系列拓?fù)淠Ｐ?發(fā)現(xiàn)了淬火角端效應(yīng)、淬 火動(dòng)態(tài)薄膜效應(yīng)、微觀和宏觀淬火塑性變形機(jī)制、塑性變形驅(qū)動(dòng)力機(jī)理、應(yīng)力變化規(guī)律、殘余應(yīng)力形成機(jī)制及分布規(guī)律、淬火塑性變形區(qū)形狀變化規(guī)律 和厚度對(duì)淬火殘余應(yīng)力影響規(guī)律等等,創(chuàng)立了全新的淬火殘余應(yīng)力研究體系,全面突破了70年代日本學(xué)者米谷茂建立的殘余應(yīng)力兩層結(jié)構(gòu)的經(jīng)典模型。3.學(xué)位論文 魏改林 鑄態(tài)高強(qiáng)度高塑性球墨鑄鐵的研究 19904.期刊論文 張貴杰 . 宋卓霞 汽車(chē)用高強(qiáng)度高塑性TWIP鋼的開(kāi)發(fā)研究 -中國(guó)科技產(chǎn)業(yè) 2009(3輕量化是汽車(chē)"減重節(jié)能"的需要,采用高

25、強(qiáng)度鋼板不但可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化,同時(shí)還能提高汽車(chē)的被動(dòng)安全性.因此高強(qiáng)度鋼板在汽車(chē)上的使用日益 增多.TWIP鋼是最近幾年國(guó)外正在進(jìn)行研究的高強(qiáng)度、高塑性鋼,由于其優(yōu)良的強(qiáng)度和塑性的組合而得到研究者的重視.本文簡(jiǎn)要介紹了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高強(qiáng) 度鋼板的發(fā)展和應(yīng)用情況.5.會(huì)議論文 許曉靜 . 程曉農(nóng) 固溶-大變形-時(shí)效路線(xiàn)制備超高強(qiáng)度高塑性納米結(jié)構(gòu)鋁合金 2007本文以2024Al為實(shí)驗(yàn)材料的研究表明:固溶處理-低溫強(qiáng)烈塑性變形-低溫時(shí)效是提升常規(guī)鋁合金的強(qiáng)度、制取超高強(qiáng)度中等塑性鋁合金的一條有效途 徑;強(qiáng)化塑性變形前的固溶處理,能有效提升鋁合金塑性變形加工后的硬度和強(qiáng)度,并且對(duì)合金經(jīng)塑性變形加工

26、后的塑性幾乎沒(méi)有影響;強(qiáng)烈塑性變形引入 大量位錯(cuò)至合金中,并使合金的組織呈納米尺度的亞晶粒組織.6.學(xué)位論文 吳化 低合金高強(qiáng)度高塑性復(fù)相鋼材的成分設(shè)計(jì) 2007就全世界而論,作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的鋼鐵工業(yè),已經(jīng)過(guò)了它的鼎盛時(shí)期。但鋼鐵材料的固有優(yōu)勢(shì)(使用和加工性能優(yōu)異,回收率高,價(jià)格低等導(dǎo)致世界 鋼鐵工業(yè)仍然存在發(fā)展空間,鋼產(chǎn)量仍在持續(xù)增加。盡管我國(guó)已經(jīng)成世界上鋼產(chǎn)量最多的國(guó)家,但是,在資源、能源和環(huán)境等人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的總體水 平要求下,鋼鐵材料還面臨諸多的挑戰(zhàn),如生產(chǎn)成本增高(原料成本和人工工資增高等和鋼材價(jià)格降低(鋼制品價(jià)格下降,從而要求鋼材降價(jià)等的壓力 ,面臨挑戰(zhàn)和機(jī)遇,其對(duì)策是獲得市場(chǎng)比較優(yōu)

27、勢(shì)。提高結(jié)構(gòu)材料的性能是獲得比較優(yōu)勢(shì)的永恒課題。以信息技術(shù)快速、節(jié)約、準(zhǔn)確設(shè)計(jì)高性能結(jié)構(gòu)材料是獲得比較優(yōu)勢(shì)的重要途徑,也是鋼鐵企業(yè)生 存發(fā)展的必由之路。高性能結(jié)構(gòu)材料是指高比強(qiáng)度、高比剛度、高比強(qiáng)延積、耐高溫、耐腐蝕和抗磨損的新結(jié)構(gòu)材料,與目前已廣泛使用的結(jié)構(gòu)材料相,可以獲得最佳的成分、組織和性能的配合,達(dá)到高的強(qiáng)塑積(×和性能價(jià)格比,作為高性能結(jié)構(gòu)材料有良好的發(fā)展應(yīng)用空間。應(yīng)用信息技術(shù)的目的就是在明確材料使用性能要求的前提下,搜集滿(mǎn)足該性能的材料的組分,組織結(jié)構(gòu),合成方法等數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)(包括秘方等公式 等信息,將其進(jìn)行綜合處理,分析得出最佳結(jié)果(或理論公式從而免去“大海撈針”式的反復(fù)

28、實(shí)驗(yàn)的做法,快速、簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出新材料,盡早投產(chǎn) 應(yīng)用。通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用的低碳低合金高強(qiáng)度鋼的現(xiàn)狀分析,可以看出:低碳、低合金通過(guò)合金化、微合金化,并且與先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)工藝相結(jié) 合起來(lái)生產(chǎn)制造,可獲得多種類(lèi)、多相組織的結(jié)合,如鐵素體+珠光體、鐵素體+馬氏體、空冷貝氏體、板條馬氏體、鐵素體+貝氏體+馬氏體+殘余 奧氏體、貝氏體+馬氏體+殘余奧氏體等,從而賦予該類(lèi)鋼高強(qiáng)度、高塑性和高的韌性。即具有復(fù)相組織的低碳低合金鋼,可以具有高強(qiáng)度和高的塑韌 性配合。在歸納總結(jié)低碳低合金復(fù)相鋼貝氏體+殘余奧氏體+馬氏體(或回火馬氏體+鐵素體少量相變臨界點(diǎn)和轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)有關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了 計(jì)算復(fù)相鋼

29、中臨界點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)即相變動(dòng)力學(xué)中轉(zhuǎn)變開(kāi)始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)的計(jì)算公式;運(yùn)用已有的研究成果和低碳低合金高強(qiáng)度鋼的相變強(qiáng)化理論,提出 了按性能要求設(shè)計(jì)先進(jìn)低碳低合金復(fù)相鋼的成分和組織的計(jì)算公式。并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證:試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算得到的該鋼的TTT圖和CCT圖相比較,基本吻合 ,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。鋼的過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特點(diǎn),即鋼的鍛后實(shí)際冷卻速度Vr有:VB>V1VF>Vp;合金元素引起的Bs下降值與Ms下降值的比值(即 Bs/Ms值盡量取高值,可以獲得良好的強(qiáng)韌性配合。針對(duì)調(diào)質(zhì)鋼制造汽車(chē)前梁出現(xiàn)的問(wèn)題和不足,運(yùn)用所提出的低碳低合金高強(qiáng)度高塑性鋼成分設(shè)計(jì)公式,設(shè)計(jì)了一種鍛后空冷可獲得以貝氏體為主的

30、 非調(diào)質(zhì)復(fù)相鋼20Mn2SiVB,其抗拉強(qiáng)度b900MPa。經(jīng)工業(yè)冶煉軋制,鍛造生產(chǎn),制成汽車(chē)前梁,其主要化學(xué)成分為 (wt%:0.18C,2.05Mn,0.84Si,0.12V,0.0043B,0.057S;顯微組織和主要力學(xué)性能(1250鍛后空冷:貝氏體+(殘余奧氏體+鐵素體+馬氏體少 量;b=963.4MPa,s=635.4MPa,=13.9%,=43%,HB=290,ak=67J/cm2,Nf=200x104次,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。采用TEM、SEM、XRD和EDS等現(xiàn)代檢測(cè)手段和方法,對(duì)20Mn2SiVB鋼的顯微組織及斷口進(jìn)行了分析;并對(duì)鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞極限 等力學(xué)性

31、能進(jìn)行了測(cè)試;對(duì)鋼的化學(xué)成分、顯微組織與其力學(xué)性能和加工成型工藝之間的依賴(lài)關(guān)系,進(jìn)行了分析和討論。設(shè)計(jì)鋼種顯微組織中的貝氏體為粒狀貝氏體(由鐵素體基體和馬氏體-奧氏體小島組成,其中(M-A小島尺寸愈細(xì)小,數(shù)量愈多,鐵素體中亞結(jié)構(gòu)愈 多,鋼的強(qiáng)韌性愈高;復(fù)相組織中殘余奧氏體以薄膜狀存在于貝氏體板條間或在貝氏體板條上以一定角度分布,將板條大量分隔成更小的塊,削減了裂 紋尖端的應(yīng)力峰,使其得到鈍化,加之其形變強(qiáng)化作用,降低了裂紋擴(kuò)展速率,提高了材料的變形抗力,從而改善了鋼的韌性;復(fù)相組織中仿晶界型鐵 素體對(duì)鋼的塑性和韌性也有一定的促進(jìn)作用,同時(shí)對(duì)合金元素的有效利用,前梁制造工藝的方便控制也是有利的,

32、還可以改善鋼的切削加工性能。 對(duì)20Mn2SiVB鋼的疲勞斷口裂紋源分析表明:當(dāng)鋼中存在變形較困難的Al、Si、Ca等氧化物夾雜,且尺寸大于10m時(shí),顯著降低鋼的疲勞極限值 ,而尺寸小于10m的夾雜物,若分布均勻,對(duì)鋼的疲勞極限值不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。20Mn2SiVB鋼的加熱冷卻工藝對(duì)鋼的組織和性能也有明顯影響。當(dāng)奧氏體化溫度高,冷卻速度快,固溶奧氏體中的合金元素量多且均勻,鋼中殘余奧 氏體量增多,鋼的綜合力學(xué)性能得到提高。反之,殘余奧氏體量減少,力學(xué)性能下降。綜合分析結(jié)果,利用20Mn2SiVB鋼代替調(diào)質(zhì)鋼制造汽車(chē)前梁,始鍛溫度1250,鍛后空冷,當(dāng)復(fù)相組織中各相的相對(duì)含量為:9%殘余奧氏體+

33、6%鐵 素體,其余為貝氏體和少量馬氏體(或?yàn)榛鼗瘃R氏體時(shí),能夠滿(mǎn)足汽車(chē)前梁的生產(chǎn)制造和使用要求。由于以廉價(jià)合金元素代替較貴重合金元素,以非調(diào) 質(zhì)工序代替調(diào)質(zhì)工序,且可以不經(jīng)回火處理,簡(jiǎn)化了汽車(chē)前梁制造工藝,降低了生產(chǎn)成本,能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。7.會(huì)議論文 米振莉 . 唐荻 . 嚴(yán)玲 . 郭錦 高強(qiáng)度高塑性TWIP/TRIP鋼的開(kāi)發(fā)研究 2004為滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)節(jié)能、減重、提高安全性的需要,開(kāi)發(fā)具有高強(qiáng)度、高塑性的新一代汽車(chē)用鋼是擺在鋼鐵工業(yè)面前的緊迫任務(wù).本文的工作是開(kāi)發(fā)研 究了一種新型的高錳鋼,該鋼通過(guò)調(diào)整成分,在室溫下可以分別具有TRIP(相變誘導(dǎo)塑性和TWIP(孿晶誘導(dǎo)塑性效應(yīng),因而具有高的強(qiáng)度(1000MPa以上和 極高的延伸率(6080.本工作研究了成分對(duì)組織結(jié)構(gòu)和TWIP/TRIP效應(yīng)的影響,以及對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)的影響,并且觀察了不同變形量下的組織結(jié) 構(gòu)特征.實(shí)驗(yàn)表明該鋼是很有前途的高強(qiáng)度、高塑性鋼種,對(duì)滿(mǎn)足下一代汽車(chē)工業(yè)對(duì)鋼鐵工業(yè)的需求是非常有意義的.8.學(xué)位論文 張濤 結(jié)構(gòu)件用高強(qiáng)度高塑性鑄造鋅基合金的研究 19909.期刊論文 周宏雷 . 董元源 . ZHOU Hong-lei. DONG Yuan-yuan錳基高強(qiáng)度高塑性高阻尼形狀記憶合金的性能研究 -材料保護(hù) 2007,40(12采用磁懸