低合金2000MPa级多相钢显微组织与力学性能的关系
发布时间：2020-07-30 10:59
【摘要】：以马氏体为先形成相的低合金多相钢因其高强度和低成本成为近年来研究的热点。但对于多相显微组织的相变机制尤其是碳分配机制、先形成马氏体对后期贝氏体的影响以及多相钢力学性能的强化机制并未有系统的研究。本课题设计了一种新型等温工艺,对两种中碳低合金钢(55Mn2SiCr钢及60Si2Mn钢)进行处理。其中,55Mn2SiCr钢(A钢)采用A工艺,即奥氏体化后在170v淬火,随后在250℃等温不同时间后空冷。60Si2Mn钢采用B工艺,通过调整淬火温度(180℃和150℃)和等温温度(280℃、250℃和220℃)进行处理。随后利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和Image-pro Plus图像分析软件对两种钢的显微组织随工艺参数的变化规律进行分析,并通过硬度、弯曲测试和拉伸等测试讨论力学性能与多相显微组织之间的关系,进而探讨低合金多相钢在处理过程中的相变机理、碳分配的机制、先形成马氏体对后期贝氏体形成的影响及2000MPa级高强钢的多相协同强化机制。显微组织观察表明实验钢处理后的显微组织均由先形成马氏体、贝氏体型铁素体、残余奥氏体/淬火马氏体构成。随着等温时间的延长,贝氏体型铁素体不断增多,而残余奥氏体含量最终呈现下降的趋势,且由块状向小岛状及膜状发展。A钢的力学性能测试结果表明,其硬度随等温时间延长总体呈现下降趋势,最终至55HRC左右。弯曲和拉伸性能随着等温时间的延长先增加后降低,等温120min时获得最高弯曲强度4000.9MPa和最高抗拉强度2030MPa。弯曲和拉伸断口总体呈现脆性断裂的特征。XRD分析表明,残余奥氏体及其含碳量乘积越高,弯曲和拉伸强度越高。B钢的力学性能测试结果表明,其抗拉强度均随等温时间的延长先增加后降低,最高抗拉强度在240min或120min取得。随着淬火温度的降低,B钢的拉伸性能显著下降。随着等温温度的降低,其拉伸性能总体呈现上升的趋势。当在250°C等温240min时,B钢获得最高抗拉强度值2106MPa。当在2200C等温时,B钢的强度值随等温时间的变化波动不大,均在1600MPa以上。拉伸断口均呈现脆性断裂的特征。EDS测试结果表明先形成马氏体内部碳分布不均,且马奥界面上存在贫碳和富碳区。TEM测试表明其内部存在ε碳化物的析出。低合金中碳多相钢在设计热处理工艺下获得的2000MPa级超高强度是细晶强化、固溶强化、析出强化、位错强化、加工硬化及膜状组织的共同强化等多种强化机制协同作用的结果。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG142.1;TG156
【图文】：
全性的完美结合，拓宽汽车制造业的材料发展前景［３＿５］。逡逑１．２先进高强钢的发展及分类逡逑如图１－１所示为钢铁行业著名的“香蕉图’’（Ｂａｎａｎａ邋ｃｈａｒｔ）邋［６］。此图以不同的强度和延逡逑伸率级别定位钢种，对高强钢的发展脉络可以进行清晰的梳理。逡逑传统高强钢主要包括无间隙原子钢（ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ－ｆｒｅｅ）ｓｔｅｅｌ）、低合金高强钢（ＨＳＬＡ逡逑（Ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗａｌｌｏｙ）ｓｔｅｅｌ）、供烤硬化钢（ＢＨ（Ｂａｋｅ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）ｓｔｅｅｌ）等。其特征有二：逡逑一、强度较低；二、伴随着强度的增加，其延伸率出现大幅下降。以上特征使得传统高强逡逑钢难以满足日益增长的对钢材高性能的需要。在这一背景下，ＡＨＳＳ钢逐渐发展起来，其逡逑发展历程主要可分为三个阶段［７］：逡逑第一个阶段为第一代ＡＨＳＳ钢，主要包括双相钢（Ｄｕａｌ邋ｐｈａｓｅ邋（ＤＰ）邋ｓｔｅｅｌ）、相变诱发逡逑塑性钢（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ邋（ＴＲＩＰ）邋ｓｔｅｅｌ邋）、复相钢（Ｃｏｍｐｌｅｘ邋ｐｈａｓｅ邋（ＣＰ）邋ｓｔｅｅｌ）逡逑和马氏体钢（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ（ＭＡＲＴ）ｓｔｅｅｌ）。与传统高强度钢相比，第一代ＡＨＳＳ钢在提高强逡逑度的同时，并未大幅增加工业成本，因而在汽车工业中得到了广泛的应用［８，９】。在１．２．１节逡逑中将以ＴＲＩＰ钢为例，介绍第一代ＡＨＳＳ钢的典型特征及力学性能特点等。逡逑第二个阶段的钢种主要为位于图１－１上方的孪晶诱发塑性钢（Ｔｗｉｎｎｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄ逡逑ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ（ＴＷＩＰ）ｓｔｅｄ）。ＴＷＩＰ钢强度高且成形性非常好
０逦２００邋４００邋ＭＸ）邋８００邋１０００邋１２００邋ｌ－ＭＫｌ邋ＩＮＫ＞邋１８００邋；０００邋２２００邋２４００邋２ｆ＊００逡逑抗拉强吃Ｔｅｎｓｉｌｅ邋Ｓ丨ｒｅｎｇ丨ｈ．邋ＭＰａ逡逑图１－１邋ＡＨＳＳ钢发展“香蕉图”逡逑１．３邋第一代邋ＡＨＳＳ逡逑第一代ＡＨＳＳ钢作为最早被开发和利用的先进高强钢，已经在汽车等工业中得到了广逡逑泛的应用。在本节中将主要介绍第一代ＡＨＳＳ钢中的ＴＲＩＰ钢。逡逑１．３．１邋ＴＲＩＰ邋钢逡逑ＴＲＩＰ钢最早是由Ｖ．Ｆ．Ｚａｃｋａｙ发现和命名的［１５］。它在适应车身轻量化发展的同时，还逡逑能够减少油耗，提高车辆的安全性，满足了汽车工业对于高强高塑钢板的需求，因而得到逡逑了广泛了应用。逡逑１．３．１．１合金成分逡逑ＴＲＩＰ钢中主要的化学元素有碳、锰、硅／铝等。其合金元素含量相对较低，如８００ＭＰａ逡逑级ＴＲＩＰ钢，总的合金元素含量只有３．５邋ｗｔ．邋％ｔ１６］。逡逑碳元素在ＴＲＩＰ钢中起着非常重要的作用。为了实现ＴＲＩＰ效应，要确保奥氏体中含有逡逑足够的碳以使Ｍｓ点维持在室温下１５－２５°Ｃ。而出于焊接性能的考量，ＴＲＩＰ钢中的碳含量逡逑一般在邋０．２０－０．２５邋ｗｔ．邋％［１６’１７］。逡逑锰元素在ＴＲＩＰ钢中起到稳定奥氏体的作用
ＴＲＩＰ钢典型的０Ｍ显微组织［２３］，可见ＴＲＩＰ钢主要由铁ｉｔｅ，Ｂ）、残余奥氏体（Ｒｅｔａｉｎｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅ，ＲＡ）和少量马氏体色大块状为等轴铁素体。白色岛状组织为残余奥氏体，主现在块状铁素体晶内。贝氏体一般与残余奥氏体相邻，分。空冷马氏体含量较少，在显微组织中很难分辨。ＴＲＩＰ钢－０．６５，贝氏体的体积分数占０．２５－０．３５，残余奥氏体占０．０５－
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG142.1;TG156
【图文】：
全性的完美结合，拓宽汽车制造业的材料发展前景［３＿５］。逡逑１．２先进高强钢的发展及分类逡逑如图１－１所示为钢铁行业著名的“香蕉图’’（Ｂａｎａｎａ邋ｃｈａｒｔ）邋［６］。此图以不同的强度和延逡逑伸率级别定位钢种，对高强钢的发展脉络可以进行清晰的梳理。逡逑传统高强钢主要包括无间隙原子钢（ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ－ｆｒｅｅ）ｓｔｅｅｌ）、低合金高强钢（ＨＳＬＡ逡逑（Ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗａｌｌｏｙ）ｓｔｅｅｌ）、供烤硬化钢（ＢＨ（Ｂａｋｅ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）ｓｔｅｅｌ）等。其特征有二：逡逑一、强度较低；二、伴随着强度的增加，其延伸率出现大幅下降。以上特征使得传统高强逡逑钢难以满足日益增长的对钢材高性能的需要。在这一背景下，ＡＨＳＳ钢逐渐发展起来，其逡逑发展历程主要可分为三个阶段［７］：逡逑第一个阶段为第一代ＡＨＳＳ钢，主要包括双相钢（Ｄｕａｌ邋ｐｈａｓｅ邋（ＤＰ）邋ｓｔｅｅｌ）、相变诱发逡逑塑性钢（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ邋（ＴＲＩＰ）邋ｓｔｅｅｌ邋）、复相钢（Ｃｏｍｐｌｅｘ邋ｐｈａｓｅ邋（ＣＰ）邋ｓｔｅｅｌ）逡逑和马氏体钢（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ（ＭＡＲＴ）ｓｔｅｅｌ）。与传统高强度钢相比，第一代ＡＨＳＳ钢在提高强逡逑度的同时，并未大幅增加工业成本，因而在汽车工业中得到了广泛的应用［８，９】。在１．２．１节逡逑中将以ＴＲＩＰ钢为例，介绍第一代ＡＨＳＳ钢的典型特征及力学性能特点等。逡逑第二个阶段的钢种主要为位于图１－１上方的孪晶诱发塑性钢（Ｔｗｉｎｎｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄ逡逑ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ（ＴＷＩＰ）ｓｔｅｄ）。ＴＷＩＰ钢强度高且成形性非常好
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ＴＲＩＰ钢典型的０Ｍ显微组织［２３］，可见ＴＲＩＰ钢主要由铁ｉｔｅ，Ｂ）、残余奥氏体（Ｒｅｔａｉｎｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅ，ＲＡ）和少量马氏体色大块状为等轴铁素体。白色岛状组织为残余奥氏体，主现在块状铁素体晶内。贝氏体一般与残余奥氏体相邻，分。空冷马氏体含量较少，在显微组织中很难分辨。ＴＲＩＰ钢－０．６５，贝氏体的体积分数占０．２５－０．３５，残余奥氏体占０．０５－
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本文编号：2775449
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