论文部分内容阅读
近年来,我国汽车保有量呈持续增长状态,在给环境、能源带来巨大压力的同时,交通行驶安全问题也日益突出。这促进了汽车行业对节能、环保和安全性能等方面需求的不断提高,用汽车轻量化技术是解决上述问题的有效方法和手段。当前,汽车轻量化的主要方法包括使用新材料、实施新工艺以及优化车身结构设计等。在目前白车身结构中,钢铁材料仍然是作为汽车车身的主要应用材料,一般占据车身自重的65%及以上,因其具备强度高、成本低和易于回收利用等优势,在未来一段时间内仍是汽车工业中不可替代的重要材料。因此在现阶段中,汽车用钢的研究重点仍主要集中在先进高强钢（Advanced high strength steel,AHSS）的研发和应用上。目前,第三代先进高强钢以良好的强塑性和低成本备受国内外专家学者的关注。其中,中锰钢（Medium manganese steel,MMS）作为第三代汽车用先进高强钢的典型代表,因组织中奥氏体通过相变诱导塑性机制（Transformation induced plasticity,TRIP）以及孪晶诱导塑性机制（Twin induced plasticity,TWIP）具有优异的力学性能,已成为当前研究的热点。在中锰钢中添加合金元素Al,能显著起到降低钢材密度,提高其塑韧性的效果。由于当前汽车零部件的形状大多比较复杂需要经过多次拉延成形来完成。此外,就罩式退火生产中锰钢而言,其生产周期长,长时间保温易使组织晶粒粗化,从而降低中锰钢的力学性能。而采用连续退火生产方式,由于热处理时间较短,无法使中锰钢中的Mn元素进行充分扩散,在室温下获得尽可能多的残余奥氏体。综上所述,本文提出了将预处理与临界退火-淬火配分（IA-Q＆P）相耦合的工艺,试验验证是中锰钢实现具有适当稳定性的残余奥氏体的一种有效方法。本文以预处理与Q＆P工艺相结合对中锰钢进行处理,从组织成分设计、相含量调控、元素扩散配分机制、残余奥氏体机械稳定性、加工硬化行为以及材料强韧化机制等方面进行研究,研究结果如下:（1）研究了不同拉伸次数至4%预应变和临界退火-淬火配分（IA-Q＆P）工艺对无Al热轧中锰钢组织性能的影响。发现无Al热轧中锰钢经不同拉伸次数至4%预应变同时结合IA-Q＆P热处理工艺,与传统的IA-Q＆P热处理工艺相比,能显著提升材料的塑韧性,使其断后延伸率得到极大的提升。随着拉伸次数的增加,在原奥氏体晶粒内有大量变形带和位错的产生,这对奥氏体晶粒有着显著的细化作用。经IA-Q＆P热处理工艺时,相变后产生的马氏体组织也从变形奥氏体组织中继承了大量的变形位错,提高了铁素体/残余奥氏体/马氏体容纳位错的能力,进而提升材料的塑韧性。经多次拉伸,组织中产生大量的变形带及位错能,在IA-Q＆P热处理过程中伴有细小碳化物的析出,为奥氏体提供更多弥散的形核点,并细化组织晶粒,缩短碳原子扩散配分的距离,提高了奥氏体的稳定性。经预应变处理后,组织中存在各相异性与不同形貌尺寸的奥氏体拥有不同梯度的机械稳定性,在受到外力时产生不连续的TRIP效应,造成组织中应力的消除与重新分布,以及组织中背应力的产生,在残余奥氏体的TRIP效应和铁素体协同变形的共同作用下,极大的提升了试验钢的塑性。（2）研究IA-Q＆P工艺中不同的退火时间对轻质含Al冷轧中锰钢组织与力学性能的影响。发现在同一个区域内各组织间的尺寸存在着一种相互制约的关系。因δ-铁素体将中锰钢中的组织分割为多个小区域,当分布在由δ-铁素体分割的小区域中的残余奥氏体/马氏体/α-铁素体逐渐增大时,δ-铁素体的尺寸就相对应的减少。这可能是造成组织中的晶粒尺寸表现出波动变化的原因。发现退火时间的增加对试验钢的抗拉强度影响较小,对其塑性的影响较大。试验钢中的残余奥氏体在铁素体/马氏体的大角度晶界处进行形核长大,在组织中呈现出弥散分布。因残余奥氏体具有多形貌、多尺寸以及适中的稳定性,当受到外力作用时,试验钢优先在{111}＜1-10＞滑移系中开启滑移。同时,由于再结晶组织和回复组织在一定程度上可以弥补试验钢组织中的缺陷,从而提升试验钢的塑性。发现中锰钢的强塑性与加工硬化行为以及在热处理过程组织中的Mn元素含量的分布有着密切的联系。加工硬化曲线SⅢ阶段长度的不同,在宏观上表现为对抗拉强度贡献值的不同。SⅢ阶段平台越长表示中锰钢发生TRIP效应和组织间应力传递的时间越久,从而在力学性能上表现出良好的强塑性。通过对比不同退火时间的IA-Q＆P工艺,发现适当的短时间退火也能使试验钢的力学性能达到最佳状态。（3）研究了不同拉伸预应变-IA-Q＆P工艺对轻质含Al冷轧中锰钢组织与力学性能的影响。发现冷轧中锰钢经预应变-IA-Q＆P工艺后,能显著提升试验钢的塑韧性。与IA-Q＆P工艺相比,该工艺能在抗拉强度基本保持不变的情况下,使其断后伸长率得到极大提升。发现经预应变-IA-Q＆P工艺,组织晶粒（马氏体、奥氏体、铁素体）得到了细化,并提高了中锰钢中组织容纳位错的能力。当外力达到一定程度时,位错的突然开动与相互抵消,使中锰钢组织发生应力松弛与重新分布,在TRIP效应和组织间的相互作用下,共同提高了中锰钢的塑性。发现预应变-IA-Q＆P工艺有利于组织中C/Mn/Al/Si元素的扩散,进而促进C、Mn元素在奥氏体中的富集与稳定,使组织中块状、颗粒状的残余奥氏体得以在室温下稳定存在。在受到一定外力作用时,能确保试验钢中TRIP效应持续发生,从而进一步提高了试验钢的强塑性。