热处理对C_Si_Mn系TRIP钢的组织和力学性能影响-北科大张宇光.pdf
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1、2007 年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会 2007 年 5 月 沈阳 227 热处理对 CSiMn 系 TRIP 钢的组织和力学性能影响 张宇光 1,陈银莉1,武会宾1,赵爱民 1,刘光明1,2,熊爱明2 (1. 北京科技大学冶金工程研究院,北京 100083; 2.首钢技术研究院,北京 100041 ) 摘摘 要:要:利用金相显微镜、X-射线衍射等方法,研究了 0.11C-1.23Si-1.65Mn 冷轧 TRIP 钢等温淬火温度对组织和力 学性能的影响。结果表明,实验钢在 840退火 180s 和 420等温 240s 处理后可以获得 6.21的残余奥氏体,此时 可以获得较佳的相变诱
2、发塑性和好的强韧性配合,其强塑积可达 22.8GPa,改变等温温度与提高两相区加热温度 都将降低强塑积。在 840退火,适当的延长退火时间可以提高残余奥氏体体积分数与其含碳量,有助于提高材料的 综合性能。但是在 860退火,延长退火时间会降低强塑积。 关键词:关键词:TRIP 钢;相变诱发塑性;等温淬火温度;残余奥氏体 The Influence of heat treatment on Microstructure and Mechanical Properties of C-Si-Mn TRIP Steel ZHANG Yuguang1, CHEN Yinli1, WU Huibin1,
3、ZHAO Aimin1, LIU Guangming1,2, XIONG Aiming2 (1. Research Institute of Metallurgy Engineering,University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083; 2. Shougang Research Institute of Technology, Shougang Group Corporation, Beijing 100041) Abstract: The influence of isothermal transformation t
4、emperature on microstructure and mechanical properties in 0.11C-1.23Si-1.65Mn cold rolling TRIP(transformation induced plasticity) steel sheets was investigated, using optical microscopy and X-ray diffraction measurements. The maximal volume fraction of retained austenite, which is 6.21%, is obtaine
5、d by heat-treating in 840180s+420240s. The best product of strength and ductility, which is 22.8GPa%, is also obtained by this heat treatment process. It is good to enhance the performance of the material by increasing intercritical annealing time properly at 840.While it is opposite at 860. Key wor
6、ds: TRIP steel; transformation induced plasticity; isothermal transformation temperature; retained austenite 1 前言 TRIP 钢最初是由 Zackay 等人在含铬、 镍的奥氏体不锈钢中创制的1。 该钢虽然综合力学性能优 异,但由于成本太高,其应用受到限制。低碳硅锰 TRIP 钢是一种新型的价廉的高强度高塑性钢,用 其制作的汽车钢板可以减轻汽车的重量和提高汽车的安全性,是一种非常有前途的材料2。低碳硅 锰系钢主要由铁素体、贝氏体和残余奥氏体等组织组成3,4。其中的残余奥氏体在变形过程中
7、诱发马 氏体相变,产生 TRIP 效应,使钢在具有高强度的同时具有良好的塑性。本文通过显微组织与力学性 能指标的分析,研究了热处理工艺对 TRIP 钢性能的影响,找出了最佳工艺参数,并且结合金相,X 射线衍射等方法对显微组织进行了定量分析,从而得出不同热处理工艺参数对各相组织体积含量的 影响。 2007 年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会 2007 年 5 月 沈阳 228 2 实验材料及方法 2.1 试样制备 试验钢的化学成分(wt)C 0.11,Si 1.23,Mn 1.66,P 0.005,S 0.004。铸锭经热轧、冷轧后 按国标制成拉伸试样,有效标距为 50mm。用热膨胀实验测得其
8、 Ac1为 758,Ac3为 878。拉伸试 样首先在两相区进行退火处理(在氯化盐浴中进行),然后快速冷至贝氏体区进行等温处理(在硝酸盐 浴中进行),最后油冷至室温。热处理工艺参数见图 1。 如图 1 所示,采用临界区加热等温淬火,临界 区加热即为+二相区加热。 试样在840或860 奥氏体化, 保温 120s 或 180s 后进行等温淬火处理。 等温温度分别为 380,420和 460,等温时间 均为 240s。 2.2 实验方法实验方法 热处理后的试样在 CMT4105 型拉伸机上进行 拉伸实验。实验用钢热处理后,经过打磨、预磨和 抛光制备成的金相试样,用 Laborlux 12 型光学显
9、 微镜观察其金相组织。 用网格法测定组织中的铁素 体相对量。 组织中的残留奥氏体相对量用 DMAX-RB 型 12Kw 旋转阳极 X 射线衍射仪进行测定,采用 Cu,K 衍射。用下式计算残余奥氏体的含碳量: a=0.3555-0.0044x,式中 a 为奥氏体平均的点阵常 数(nm),x 为残余奥氏体的含碳量(wt%)5。 3 实验结果与分析 3.1 力学性能 图 2 为不同热处理工艺下,试样的力学性能指标的关系曲线。抗拉强度随着等温温度的升高逐 渐增加。断裂总延伸率随着等温温度的升高逐渐降低。强塑积也是随着等温温度的升高逐渐降低。 380400420440460 670 675 680 68
10、5 690 695 700 705 710 715 720 725 730 抗拉强度/MPa 贝氏体等温温度/ 840120s 840180s 860120s 860180s 380400420440460 670 675 680 685 690 695 700 705 710 715 720 725 730 抗拉强度/MPa 贝氏体等温温度/ 840120s 840180s 860120s 860180s 380400420440460 670 675 680 685 690 695 700 705 710 715 720 725 730 抗拉强度/MPa 贝氏体等温温度/ 840120s
11、840180s 860120s 860180s 图 2 不同热处理后试样的力学性能 Fig.2 Mechanical properties of the samples at different heat treatment scheme (a)抗拉强度变化曲线; (b)断裂总延伸率变化曲线; (c)强塑积变化曲线 T2()240s Ac1 Ac3 T1()120/180s 温度/ 时间/s 图 1 临界区等温淬火工艺示意图 Fig.1 Heat treatment scheme of austempering after heating at temperature of Ac1Ac3 (a
12、) (b) (c) 2007 年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会 2007 年 5 月 沈阳 229 3.2 显微组织 低碳硅锰 TRIP 钢经临界区加热后不同温度等温时, 显微组织均为贝氏体、 铁素体与残余奥氏体。 图 3 为不同热处理工艺下奥氏体的百分含量与奥氏体中碳含量变化曲线。图 3 为两相区 840退火 180s 后的金相组织,其中白色为铁素体,灰色为贝氏体,残余奥氏体在光学显微镜下不易分辨。图 4 为不同热处理工艺下,试样各相所占的体积百分含量。图 5 为不同热处理工艺下残余奥氏体中碳 浓度变化曲线。 图 3 两相区 840退火 180s 不同等温温度下实验钢的组织 Fig.3
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