大变形轧制超细晶TWIP钢的组织及性能研究

通过大变形异步-同步轧制及随后600 ℃和700 ℃退火处理,成功制备了超细晶高锰TWIP钢,并研究了退火处理对大变形TWIP钢的组织和性能的影响.研究结果表明:经96%异步-同步大变形轧制后,材料组织显著细化,抗拉强度从621 MPa大幅提升至2 050 MPa; 经过600 ℃退火后,大变形轧制TWIP钢的组织基本完成了再结晶,材料的平均晶粒尺寸约为500 nm,抗拉强度1 079 MPa,延伸率达到了29%; 而经过700 ℃退火后,大变形TWIP钢的组织发生了完全再结晶,平均晶粒尺寸约为600 nm,抗拉强度达到了1 101 MPa,延伸率达到了54%.退火后的组织中存在大量的层错、位错胞等亚结构.相对于大变形轧制态和600 ℃退火态,700 ℃退火态的超细晶TWIP钢的优异的综合力学性能,主要源于孪晶诱发塑性变形机制及合金较低的层错能.     

合金元素和固溶温度对TRIP/TWIP钢组织性能的影响

对不含Nb和含Nb的两种高锰TRIP/TWIP钢进行了固溶处理,通过室温拉伸实验研究了两种实验钢的力学性能.利用光学显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射观察实验钢变形前后的微观组织,并分析了含Nb实验钢中Nb析出物的形态和分布.实验结果表明:随着固溶温度的升高,两种成分的实验钢抗拉强度均下降.固溶温度为900℃时,含Nb实验钢组织仍有少量的热轧带状组织;固溶温度为1000℃时,与此时的不含Nb实验钢相比,含Nb钢基体内的晶粒细小;在拉伸实验中,两种实验钢均表现出TRIP/TWIP的特性,不含Nb实验钢的TRIP形变强化机制更为突出.     

温轧对DP590钢层状超细晶双相组织与拉伸性能的影响

研究了DP590钢两相区不同温度轧制制备层状超细晶双相组织及其对力学性能的影响.结果表明,分别在两相区720,760和800℃温轧(对应WR720,WR760和WR800)时,钢板均获得层状结构超细晶铁素体和马氏体双相组织.对应马氏体体积分数分别为26.5%,37.2%和30.8%,大角度晶界铁素体平均晶粒尺寸分别为(1.92±1.32),(1.44±2.14)和(1.79±1.54)μm.值得关注的是,组织特征与力学性能和温轧温度并非线性对应关系,而是中间温度即760℃轧制钢板晶粒尺寸最小,马氏体体积分数最高,相应屈服强度和抗拉强度最高.从形变诱导铁素体相变和铁素体动态再结晶两方面讨论了这种温轧温度与组织及力学性能的非线性变化关系.     

温轧温度对Fe-6.5%Si钢有序相及磁性能的影响

Fe-6.5%Si钢在室温下的加工成型性极差,使得它的生产及应用受到极大的限制。本文研究了温轧过程不同温度工艺条件下,Fe-6.5%Si温轧板的微观组织、织构及有序相的变化。结果表明:随着温轧温度的降低,位错密度升高,反相畴被大量位错所分割,这使得显微硬度值显著升高。同时,温度的升高使得易磁化的λ纤维织构强度减弱,难磁化的γ纤维织构得到增强,从而导致在最终退火板中磁感应强度(B8,B50)与铁损值(P15/50,P10/400)显著降低。     

热处理工艺对TWIP钢组织性能的影响

对3种不同成分的TWIP钢(Fe-25Mn-4Si-2Al,Fe-30Mn-4Si-2Al,Fe-30Mn-3Si-3Al)进行热轧后的热处理实验,结果表明,增加固溶处理的保温时间,可提高TWIP钢的延伸率,而强度的变化并不明显.从晶界的角度分析了性能变化的原因:增加固溶处理的保温时间,有利于生成退火孪晶,不但增加退火孪晶界的面积,也有利于增加其他特殊晶界(CSL晶界)的数量.CSL晶界对材料的抗晶间腐蚀、断裂和蠕变强度的提高均有有益的作用,因此,通过控制TWIP钢的热处理工艺来提高原始组织中特殊晶界的含量,可以提高TWIP钢的强韧性.     

汽车用TWIP钢的力学性能与微观组织

采用热轧、冷轧及退火处理等工艺,对成分为25Mn-3Si-3Al的TWIP钢进行了试制,研究了钢板的力学性能、微观组织及其断裂机制,并采用X射线测定了钢板的晶体学织构.实验结果表明:钢板拉伸时发生典型的延性断裂;拉伸前的组织为伴有大量退火孪晶的奥氏体;在拉伸过程中退火孪晶转变成形变孪晶,使产品的强度和塑性提高;退火过程中形成的织构组分有利于塑性变形.     

TWIP钢高温变形行为的研究

通过单道次压缩试验,对Fe-Mn-C系孪生诱导塑性钢(TWIP钢),在800~1 000℃,应变速率0.01~10.0 s-1条件下的热变形行为及组织演变规律进行了研究.实验结果表明,升高温度和降低应变速率均可促进奥氏体发生动态再结晶.根据实验所得流变应力曲线,由热变形方程计算得到了TWIP钢热变形激活能Q=421.37 kJ/mol.并在此基础上得到了TWIP钢高温变形的热加工方程.采用Z参数预测了动态再结晶的临界条件,当Z≤9.94×1018时TWIP钢易发生动态再结晶,具有较好的热加工性能.     

45钢亚温淬火组织及性能研究

45钢是我国目前用量较大的调质钢,通过研究45钢经调质和亚温淬火热处理后的硬度,冲击韧度和金相组织,来寻求合适的45钢热处理工艺.结果表明,45钢仅采用调质处理,不能满足高硬度高韧性的技术要求,采用亚温淬火热处理配合可解决上述问题,得到最优的综合力学性能,考虑经济性时可直接采用770℃淬火500℃回火的热处理工艺.在保证45钢强度和硬度的同时,要提高韧性的最理想的热处理工艺为840℃淬火550℃回火＋770℃淬火500℃回火.     

终轧温度及轧后冷却速度对Q460C钢组织和相变的影响

在Gleeble-1500热应力/应变模拟实验机上热压缩模拟Q460C含铌钢的轧制过程,并控制终轧温度和轧后冷却速度.通过观察金相组织和膨胀曲线研究控轧控冷对Q460C钢组织和相变的影响,分析了轧制过程中可能诱导其裂纹产生的原因.结果表明,Q460C钢组织分布不均、控轧控冷工艺不合理均可能造成其裂纹的产生,提高终轧温度可促进相变提前发生,而在较高终轧温度下,轧后冷却速度对Q460C钢组织变化的影响很小.     

Fe－20Mn－0．6C 高锰 TRIP/TWIP 钢微观组织表征

设计出一种 Fe－Mn－C 系 TRIP/TWIP 钢,通过静态拉伸测试热轧钢力学性能,并利用 EBSD、XRD、SEM 分析其拉伸变形后的微观组织变化．结果表明：Fe－20Mn－0．6C 钢板热轧后表现出优异的力学性能,真应变可达到0．59,抗拉强度为1631 MPa．热轧后组织为全奥氏体组织,晶粒尺寸较大并且伴有大量的退火孪晶,变形后出现孪生变形和马氏体相变;变形量较小时,马氏体相变并不明显,较大变形量时大量的马氏体在孪晶界和晶界附近弥散分布;并且随着应变量增大晶粒内出现二次孪生,并与一次孪生呈现多种交割方式．     

稀土含量对TRIP/TWIP钢晶粒及晶界特征的影响

利用XRD和EBSD分析稀土含量对TRIP/TWIP高锰钢相组成、晶粒及晶界特征的影响。结果表明,试验钢变形前组织以γ奥氏体为主,还有部分ε马氏体,经过塑性变形后,组织中还观察到少量α马氏体;随着稀土含量的增加,奥氏体转变为马氏体的量有所增加,表明稀土元素促进了试验钢的TRIP效应。此外,稀土元素的添加细化了试验钢中奥氏体晶粒,减少了小角度晶界数量而增加了大角度晶界数量,尤其是取向差为60°左右的大角度晶界;同时,稀土元素的添加也促进了低Σ值重位点阵(CSL)晶界特别是Σ3晶界的形成。     

铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响

采用扫描电镜、X射线能谱仪以及扫描电镜配置的夹杂物自动扫描统计软件(INCAFeature)表征了Fe-Mn-C(-Al)系TWIP钢中夹杂物的成分、形貌和数量,考察了Al质量分数在0.002%~1.590%的四种TWIP钢中夹杂物的特征和Al含量对AlN析出行为的影响.并在此基础上,采用了适合TWIP钢中高锰高铝特点的热力学参数对AlN夹杂物进行了系统的热力学分析.研究表明,在含有相似N质量分数(0.0078%~0.0100%)的TWIP钢中,当钢中Al质量分数升高至0.75%时,AlN夹杂物开始在钢中析出,并在MnS(Se)-Al2O3上局部析出形成MnS(Se)-Al2O3-AlN复合夹杂;当Al质量分数升高至1.07%时,热力学计算表明AlN已经可以在TWIP钢液相中形成,经不断长大后在MnS(Se)夹杂物表面局部析出形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物;在Al质量分数为1.59%的TWIP钢中,AlN的平衡析出温度比其液相线温度高出42 ℃,在液相中形成的AlN可以作为异质核心,MnS(Se)夹杂在其表面包裹形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物.另外,在Fe-18.21%Mn-0.64%C-1.59%Al体系的TWIP钢中,AlN在液相中析出所需的最低氮的质量分数仅为0.0043%.因此,在TWIP钢的冶炼过程中,应尽可能的降低钢中的氮含量,避免生成过量的AlN夹杂.     

Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al超高碳钢的等温组织及力学性能

利用XRD、SEM、TEM、维氏硬度计和拉伸试验机对Fe-1．5C-1．5Cr-2．0Al超高碳钢经300℃等温淬火后的组织及力学性能进行了研究．组织观察与分析表明，等温淬火组织为超细下贝氏体铁素体、残余奥氏体和未溶渗碳体，并随等温时间延长，残余奥氏体体积分数减少，组织细化程度增加．研究发现：等温淬火2—10h，屈服强度为1411—1568MPa，抗拉强度为1632—1744MPa，总延伸率为6．9％～8．5％，硬度为515—532HV。随等温时间的延长，强度和硬度升高，塑性下降．     

退火温度对25Mn-3Si-3Al-TWIP钢组织和力学性能的影响

研究了不同退火温度对25Mn-3Si-3Al-TWIP钢组织和力学性能的影响.结果表明经1000℃退火后,此钢种可达到640MPa左右的抗拉强度和255MPa左右的屈服强度以及82%以上的延伸率,具有较好的综合力学性能.其室温组织为单相奥氏体基体的退火孪晶,通过TEM观察内部为大量的层错和孪晶共存结构.在随后的拉伸变形过程中产生大量形变孪晶,发生了TWIP效应——孪晶诱发塑性效应,使钢板具有优良的力学性能.     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10s^-1)的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为. 分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估. 结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

控轧控冷TRIP钢的微观相组成及其与力学性能的关系

采用电子背散射衍射技术等实验方法,研究了控轧控冷工艺制备的铌钒微合金化C-Mn-Si系热轧TRIP钢的显微组织及相组成,并分析了与其对应的力学性能．奥氏体轧制过程中的热变形及随后的冷却工艺对最终各相组织的形貌、大小和分布都有直接影响,并决定TRIP钢最终的力学性能．对TRIP钢卷取温度的模拟结果显示,与450和350℃模拟卷取温度相比,400℃模拟卷取温度能使该钢获得更好的综合力学性能．     

固溶处理对Fe-Mn-Al-C钢组织及力学性能的影响

通过XRD,OM,SEM,EDS,EPMA表征了不同铝质量分数(6%,8%,10%)的铸态Fe-Mn-Al-C钢经过不同温度固溶处理1 h后的组织,并对其性能进行了研究,结果表明:不同铝质量分数的Fe-Mn-Al-C钢的硬度经900、950、1 000℃固溶处理后,随固溶温度的升高硬度均表现为先增加后降低.3种钢的硬度在950℃固溶处理时表现为最大值,分别为240、298、337 HV.固溶温度升高时,3种铝质量分数的Fe-Mn-Al-C钢组织中铁素体相体积分数增加,奥氏体相的形貌发生变化;w(Al)=6%的Fe-Mn-Al-C钢的抗拉强度随固溶温度的升高而增大,1 000℃时达到最大值455 MPa;w(Al)=8%的Fe-Mn-Al-C钢抗拉强度随固溶温度升高而降低,但较铸态有所提高;900℃固溶时达到最大值504 MPa.     

预处理对40Cr钢亚温淬火组织和性能的影响

本文主要研究了预处理对40Cr钢的亚温淬火工艺的影响。研究表明随着亚温淬火温度的升高,马氏体量逐渐增加,铁素体量逐渐减少,同时铁素体形态也发生改变,由原来的块状变成细小的针状。经淬火处理的40Ct钢力学性能均高于退火态。这些研究势必为40Ct钢应用的扩大提供理论依据。     

控轧控冷对16Mn钢组织与性能的影响

探讨了控轧控冷改善16Mn钢性能的可行性,结果表明,合适的控轧控冷工艺,可细化晶粒,消除带状组织,显著提高16Mn钢的强韧性。此外,依据回归处理得出的冷速与晶粒尺寸及强度之间的关系式,可预报一定冷速下的晶粒尺寸与强度。     

轧后冷速对Q500GJE钢组织和拉伸性能的影响

为了开发Q500GJE高性能超高层建筑用钢,利用Gleeble热/力学模拟、扫描电镜、透射电镜、背散射电子衍射、着色腐蚀金相等方法研究了轧后控冷冷速对TMCP交货低屈强比(≤0.80)Q500GJE钢组织和拉伸性能的影响。结果表明:试验钢在冷速5~25℃/s的范围内,形成由针状铁素体、粒状贝氏体以及M-A岛构成的混合组织。随着轧后冷速的提高,针状铁素体数量减少,粒状贝氏体数量增多,晶粒发生细化,位错密度升高,屈服强度和抗拉强度升高;随着轧后冷速的适当降低,硬相M-A岛的含量增加,尺寸增大,屈强比下降,应变硬化量增加。拉伸性能满足低屈强比Q500GJE钢要求的轧后控冷冷速是15~20℃/s。