【摘 要】
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为了满足汽车轻量化、提高抗腐蚀性能和降低生产成本的需要,目前汽车用双相(DP)钢正朝着高强化、镀锌化、细晶化的方向发展。Si元素在DP钢起着非常重要的作用,然而Si在退火过程中容易发生选择性氧化,恶化钢板的表面质量和涂镀性能。Al元素在双相钢中所起的作用与Si类似,因此本文根据“以Al代Si”的成分设计思路,并辅以Nb的细化晶粒和析出强化作用,在工业化生产的DP780成分的基础上设计了一种低硅含铝
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为了满足汽车轻量化、提高抗腐蚀性能和降低生产成本的需要,目前汽车用双相(DP)钢正朝着高强化、镀锌化、细晶化的方向发展。Si元素在DP钢起着非常重要的作用,然而Si在退火过程中容易发生选择性氧化,恶化钢板的表面质量和涂镀性能。Al元素在双相钢中所起的作用与Si类似,因此本文根据“以Al代Si”的成分设计思路,并辅以Nb的细化晶粒和析出强化作用,在工业化生产的DP780成分的基础上设计了一种低硅含铝及Nb微合金化的成分,并对所设计的双相钢的冷轧连续退火工艺,热镀锌连续退火工艺及选择性氧化行为进行了系统的研究,本文的主要工作及研究结果如下:(1)开展了实验钢的成分设计及基础理论研究。首先根据“以Al代Si”的成分设计思路,在工业DP780成分的基础上,用Al元素替代Si元素以减少退火过程中的选择性氧化,同时添加Nb元素以得到析出强化和细晶强化来弥补强度的损失,并充分考虑各种元素的平衡,结合Thermo-Calc热力学软件模拟计算,设计了一种低硅含铝及Nb微合金化的双相钢,其具体成分为:0.11C-1.83Mn-0.062Si-0.38Al-0.37Cr-0.17Mo-0.04Nb。其次,对实验钢的连续冷却相变行为进行了研究,绘制了实验钢的静态CCT曲线,并研究了临界区加热时奥氏体的形成,得到奥氏体形成动力学曲线和奥氏体等温相变动力学方程,为后续退火参数制定提供指导。(2)在实验室多功能连续退火实验机上模拟冷轧双相钢的连续退火过程,分析了退火工艺参数和组织性能之间的相互关系及调控原理。首先,考虑在不同退火温度、缓冷温度、时效温度和时效时间条件下,所获得的马氏体形貌特征和体积分数的变化规律;其次,建立了退火工艺参数与组织性能之间的相互关系,提出组织-性能调控方案,最终得到了实验钢的最佳退火工艺参数,即退火温度为780℃、缓冷温度为640℃、过时效温度为300℃、过时效时间为300s。在最佳退火工艺条件下,实验钢的综合性能最优,抗拉强度、延伸率和强塑积分别达到986MPa、18.68%和18418MPa.%。(3)开展了热镀锌双相钢的连续退火工艺研究,包括初始组织、加热速率和退火温度等,研发出适用于热镀锌的低硅含铝高强双相钢。初始组织从铁素体+珠光体(F+P)改变为铁素体+马氏体(F+M)和M,退火后组织均匀细化,其强塑积从15090MPa·%提升到了 18024MPa.%。随加热速率增大,晶粒尺寸明显细化,马氏体体积分数增大,但是有带状组织出现,综合力学性能在加热速率为100℃/s时最优,其抗拉强度、延伸率、强塑积分别达到980MPa、19.20%和18816MPa.%。随退火温度的升高,奥氏体体积分数增大,同时淬透性下降;退火温度达到810℃时,组织中出现部分贝氏体组织。退火温度为780℃时,综合性能达到最优,此时其抗拉强度、延伸率、强塑积分别达到强度积达到 992MPa、18.24%和 18094 MPa·%。(4)基于热力学计算和Wagner模型数值计算以及模拟退火实验等,系统研究了实验钢的选择性氧化行为。首先,利用Thermo-Calc软件对实验钢选择性氧化进行热力学计算,从理论上得到退火温度、氢气比例和露点对选择性氧化的影响规律。随退火温度升高,氢气比例增大,露点降低,实验钢中合金元素的选择性氧化物有减少趋势。其中,露点的影响最大,退火温度和氢气比例次之。其次,利用Wagner模型进行了数值计算,得到不同退火条件下合金元素的氧化类型和实验钢中不同合金元素发生外氧化向内氧化转变的临界摩尔浓度。Al元素的临界摩尔浓度远大于Mn、Si元素,所以Al元素较Mn、Si元素更容易发生内氧化。提高露点,合金元素由外氧化转变为内氧化;不同合金元素发生转变的露点不同,这主要与退火条件、合金元素种类及含量有关。最后,利用理论计算结果,对选择性氧化影响最大的露点进行了实验研究。露点变化不会使氧化物单调增加或减少,低露点和高露点下氧化物均较少,得到氧势是影响选择性氧化的根本原因。提高露点,合金元素由外氧化向内氧化转变,与Wagner模型计算结果基本一致。
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