合金元素和退火工艺对冷轧中锰钢组织性能的影响

发布时间：2020-07-30 06:36

【摘要】：汽车工业的发展,汽车保有量的增加,带来了三大问题:能耗,排放和污染。而且提高汽车性能,改善汽车安全性也十分迫切。因而现代汽车结构,性能和技术的重要发展方向是减重,节能,降低排放和提高安全性。提高安全性主要通过车身本身的合理设计及选择具有高撞击能量吸收能力的材料,即高塑性材料;因而未来汽车用钢的发展应该朝着高强度,高塑性,低成本和易加工化等方向发展。本文采用中锰合金成分体系,碳含量在0.1%~0.3%之间,锰含量控制在4%~8%,同时添加了Si和少量的Nb进行微合金化。本文针对四种不同合金成分的试验钢,采取两相区退火方式,退火温度在570~670℃下和退火时间分别为1h和10h时,研究退火温度和退火时间对试验钢的组织及力学性能的影响,以及合金元素对试验钢的组织及力学性能的影响。试验结果表明,四种不同成分试验钢在试验的条件下,随着退火温度的增加,抗拉强度呈上升的趋势;延伸率呈下降的趋势;残余奥氏体体积分数呈先上升后下降的趋势,但退火温度过高,稳定性下降;强塑积随着退火温度的升高先增加后下降,当退火温度在600℃时,组织主要由细小的铁素体和奥氏体组成时,其综合力学性能达到最优,0.18C-4Mn-Nb钢在退火600℃,其A_(80)标距下的强塑积达21GPa·%。在570℃下退火时间较短时,出现部分未再结晶组织,随着退火时间延长至10h时,组织再结晶完全,其延伸率高于在退火1h条件下的延伸率。但过长的退火时间并不能使奥氏体的体积分数增加,反而会降低奥氏体的稳定性,在退火温度为600℃时,其延伸率较低,低于退火时间为1h时的延伸率。四种试验钢中的碳含量越高,未溶碳化物的含量越高,Mn含量大于5%试验钢的残余奥氏体的体积分数和强塑积较高,试验钢的综合力学性能较优异。通过对四种不同成分中锰钢微观组织及力学性能分析表明,冷轧中锰钢在两相区退火过程中发生了逆相变,获得了大量的亚稳态奥氏体,其退火后的微观组织主要由超细晶铁素体和大量的亚稳态奥氏体组成,奥氏体通过TRIP效应,极大地提高了加工硬化能力,不仅提高了实验钢的塑性还提高了抗拉强度,其超高的抗拉强度主要由TRIP效应和超细晶的铁素体基体共同提供的。试验钢中的锰元素能扩大两相区和提高亚稳奥氏体的稳定性,Mn含量较高的试验钢的残余奥氏体的体积分数较高,增加其TRIP效应。冷轧中锰钢获得高强塑性主要是由残余奥氏体相的TRIP效应以及超细晶铁素体和位错的滑移共同提供的。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1;TG335.12;TG161
【图文】：

汽车产量,标乘,整车,尾气排放量

代先进高强钢的发展背景汽车的发展及面临的挑战世纪以来，汽车随着社会的进步和经济的迅速发展已经成为人可少的交通工具，巨大的市场需求，促动着中国汽车工业飞速产量每年都保持着高速的增长速度（图 1.1），我国汽车的销售美国并成为世界第一的汽车销售量大国，2017 年汽车产量达时，国内汽车的保有量同样保持着高速增加（图 1.2），在 20有量已经高达 2.18 亿量。汽车产量的增长，汽车保有量的增一系列严峻的环境和经济等方面的问题，如 PM2.5 大气污染市交通拥堵，加重对国外油气资源的依赖等等。根据大量的研约四分之三的油耗与整车质量有关，整车质量只要每下降 10%%，同时可以减少 4%的尾气排放量[1]。另外，由于汽车安全标乘用车必须通过各种安全方面的碰撞测试[2]，以达到安全标准

汽车保有量,汽车,安全标准,高强钢

图 1.2 近几年中国汽车保有量的变化Fig.1.2 Change in Chinese car ownership in recent years的安全标准、环境污染、资源消耗、节约能源及成本等方面给巨大的挑战，因此，汽车目前朝着轻量化，降低燃油消耗，减性的方向发展[3]。近年来，为了不断追求汽车轻量化，不断增材料在汽车上的用量，铝合金、镁合金、塑料及复合材料与汽越激烈，这种竞争积极有力地推动了第三代汽车先进高强钢的展。现在不仅降低汽车材料的生产、汽车的制造过程及使用过耗，而且汽车的材料及其结构的轻量化也得到保证；另一方撞安全标准，要求材料及结构具有高的强塑积[4]。国际汽车协会对电动汽车的用钢的估计，可通过 HSS 和 AH7%的材料来有效的减轻车身的目标。车的重量接近 188kg 已经不多，能耗的节约和成本减小并且可以很快的解决问题，汽车 5 星级[5]，因此大大的推动了对第三代高强钢的研发。

高强钢,汽车钢

明显的的增加，钢的强塑积也呈现明显的增加，并且几乎是线性增加示，若能提高钢中的奥氏体组织（即 FCC 结构）的成分含量，汽车用、综合的力学性能都将得到提高，这是提高汽车钢的一个有效的办法。强度是第三代汽车钢所必须具备的性能，例如要求某钢材的抗拉强0MPa 以上，那么也就意味着钢材的基体组织的材料强度需要满足更高能够达到使钢材的整体抗拉强度在 1000MPa 以上的要求[10]。主要以 B基体的多相组织是第三代先进高强钢获得高塑性和高强度的保证，例如氏体、超细晶、马氏体等，另外，还必须包含有亚稳态的残余奥氏体，大于 20%。因此可知待开发的新型高塑性高强度的具有优良的综合力学三代高强钢组织应该具有高强度特性的 BCC 结构作为基体，再加上较细晶 FCC 相的复合相组成[11]。因为第三代先进高强钢的研发还处于开始阶段，各国对于其的综合力学有统一的规定，但是世界各国的主要关注焦点仍然是共同来提高钢板的性，第三代高强汽车钢应要求具备 30～40GPa·%的强塑积(图 1.3)，介和 TWIP 钢间的“性能带”之间[12]。

【参考文献】