0.21C-0.46Si-1.4Mn网状异构组织双相钢的力学性能及加工硬化行为

基于“材料素化”的理论，以普通低碳钢为原材料，引入异质结构的微观设计理念，通过循环退火+亚临界淬火的热处理工艺制备马氏体包裹铁素体的网状异构组织双相钢，观察并研究了马氏体分布形貌以及马氏体体积分数对试验钢拉伸力学性能的影响。结果表明：网状马氏体-铁素体异构组织双相钢在室温下的拉伸强度可达1084.15～1392.24 MPa,总伸长率为7.47%～8.94%,并且兼具较低的屈强比。采用Hollomon、DC-J(Differential Crussard-Jaoul)、修正MC-J(Modified C-J)三种分析模型研究了试验钢的应变硬化特性和不同阶段的应变硬化机制。结果表明双相钢的加工硬化指数与其结构特征息息相关，MC-J分析模型相较于其他两种模型，对双相钢的加工硬化更为敏感，具有三级变形行为。在准静态室温拉伸下，网状异构双相钢具有良好的加工硬化能力，随着马氏体体积分数的增加，双相钢中硬质相马氏体可以更早地发生塑性变形。     

马氏体的分布对双相钢微观变形行为和力学性能的影响

通过工艺设计,对工业20钢进行了分级淬火(SQ)和临界区退火(IA)热处理,获得了马氏体体积分数相近、但马氏体分别呈离散分布和连续分布的2种双相钢.对它们的拉伸/冲击力学性能进行了表征;应用数字图像相关(DIC)方法获得双相钢的微观应变分布,并结合表面微裂纹分析,揭示了2种双相钢的不同变形断裂机制.SQ双相钢展现出较低的强度,但具有更好的塑性与冲击韧性,这源于铁素体较大变形松弛了马氏体在变形中产生的应力集中;而IA双相钢中铁素体变形受到周围马氏体的阻碍,铁素体相对小的变形不能有效松弛变形马氏体的应力,使裂纹优先在马氏体中产生,因而IA双相钢具有高强度和低塑性.     

马氏体体积分数对热轧双相钢力学性能和n值的影响

通过热轧和模拟超快冷试验,试制出780 MPa级热轧双相钢,研究了马氏体的含量、形貌、分布对热轧双相钢力学性能和n值的影响。结果表明,试验钢经850℃终轧后,组织为铁素体+马氏体,抗拉强度853 MPa,屈服强度464 MPa,屈强比0.54,伸长率19.5%,n值0.14,达到热轧DP780性能要求。在高马氏体含量下(28.2%),随着马氏体含量的增加,组织中的马氏体由弥散分布的片状马氏体逐渐转变为连续的板条状马氏体,马氏体的尺寸逐渐增加;而多边形铁素体部分转变为准多边形铁素体,铁素体尺寸逐渐减小。热轧双相钢的强度和屈强比逐渐提高,而伸长率和n值逐渐降低。     

带状组织对铁素体-马氏体钢拉伸断裂行为的影响

利用单轴拉伸仪、金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等研究对比了两种不同马氏体形态的铁素体-马氏体双相钢的拉伸性能及拉伸过程中的显微组织。结果表明:不均匀的带状组织对双相钢的各向均匀性具有显著影响,抗拉强度在轧向和纵向上相差约29 MPa,且相对于均匀马氏体具有更差的塑性。中心厚度处存在马氏体带试样的断口形态表现出与马氏体相关的非常大而深的凹坑,而马氏体均匀试样的断口具有典型的韧性断裂特性,这主要是由于马氏体分布影响了双相钢的断裂机理。含马氏体带试样中空隙的形核最初在马氏体的局部开裂(局部应变0.03),然后由铁素体-马氏体解理开始空隙形核(局部应变0.10),并且在相邻的马氏体区域分离而发生;而马氏体分布均匀的试样主要的空隙形核机制是在铁素体-马氏体界面处的解理(局部应变1.50),且沿着铁素体晶粒边界生长,在开裂的马氏体颗粒上形核的空隙较少。     

冷却工艺参数对600MPa级热轧双相钢组织和性能的影响

利用Gleeble3500热模拟试验机研究了冷却工艺对热轧双相钢显微组织的影响,利用扫描电镜和拉伸试验对实验室轧制的双相钢进行了显微组织和力学性能分析。研究结果表明：试验用钢经830 ℃终轧后,空冷6～10 s后快冷至卷取温度（≤200 ℃）,可得到室温组织为铁素体（90.7%）+马氏体的热轧双相钢,其屈服强度为335 MPa,抗拉强度为630 MPa,加工硬化率高达0.22,伸长率达26.6%,完全满足热轧DP590钢的要求,试样的马氏体细小弥散分布,平均铁素体晶粒尺寸较小,约为6.4 μm,具有良好的冲压性能。     

冷轧双相钢疲劳断裂行为及组织分析

针对不同强度的双相钢开展了疲劳特性分析，选取5种强度的双相钢开展了力学性能和微观组织对比分析；采用MTS 810液压多功能试验机进行了拉-压疲劳测试，获得了应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线；对疲劳断口形貌和表面形貌进行了观察；分析了马氏体含量对双相钢疲劳断裂行为的影响；对不同碳含量的双相钢疲劳裂纹扩展速率进行了对比分析，并对裂纹形貌进行了观察，获取影响疲劳寿命的主要因素。结果表明，铁素体先于马氏体发生微观塑性变形而形成可能的裂纹源；随着双相钢强度级别的提高，马氏体含量不断提高，材料的疲劳极限也逐步提高，疲劳极限与马氏体含量之间呈现线性的变化关系；马氏体含量由4%提高到40%左右时，双相钢的疲劳极限提高了约57%;与高碳HC420/780DP相比，低碳HC420/780DP的裂纹扩展速率明显降低，主要由于马氏体岛分布更加弥散细小；低碳HC420/780DP的疲劳裂纹扩展速率比高碳HC420/780DP低。     

低碳Mn-Cr冷轧热镀锌双相钢的组织性能研究

以低碳Mn-Cr冷轧热镀锌双相钢为对象,研究了两相区不同加热温度下钢的组织特征和力学性能。结果表明,钢的组织由铁素体和马氏体岛组成,马氏体岛在铁素体基体上均匀弥散分布,马氏体岛中有微孪晶存在,且在靠近马氏体岛相界的铁素体中存在非连续的(Fe,Cr,Mn)xCy析出物。随加热温度的升高,钢的屈服强度和伸长率明显升高,抗拉强度下降。     

DP540双相钢焊接接头组织与拉伸断裂位置研究

以DP540双相钢轮辋焊接接头为研究对象,借助光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对焊接接头特征区域的显微组织进行了观察与表征。并结合显微硬度的测试和拉伸试验,对接头拉伸断裂位置不同的原因进行了分析。结果表明:DP540双相钢母材为铁素体和马氏体双相组织,但2号试样的组织明显比1号试样细小。焊缝中心区硬度最高,从粗晶区到母材区硬度逐渐降低。1号接头试样的母材组织粗大且马氏体呈大块状,母材硬度为150～170 HV0. 2,在拉伸变形时断裂在粗晶区; 2号接头试样的母材组织细小且马氏体呈岛状弥散均匀分布,母材硬度为160～180 HV0. 2,在拉伸变形时断裂在母材。因此,两种钢母材组织的差异进而影响整个焊接接头的组织分布是造成焊缝断裂位置不同的主要原因。     

Si和Al对1Crl7Ni1不锈钢组织性能的影响

采用OM,SEM,电阻率测定及拉伸试验,研究了Si和Al对lCrl7Ni1铁素体-马氏体双相不锈钢组织和性能的影响.结果表明,在1000℃油淬并620℃回火的热处理制度下,添加1％Si的试样中马氏体量略有减少,此时由于Si较强的固溶强化作用使材料的强度得到明显提高；但当Si含量增加到2％时,实验钢脱离铁素体-马氏体双相区进入单相铁素体区,材料的抗拉强度急剧降低；添加1％Al的试样马氏体含量显著减少,由于其固溶强化效果不明显,因此材料抗拉强度明显降低；同时添加1％Si和1％Al试样的强度较单独添加1％Si或1％Al时要低,但塑性却有明显提高；合金的电阻率随加入Si和Al总量的增多而增大,添加2％Si可使实验钢电阻率提高62.3％.     

考虑几何必需位错非均匀分布的双相钢细观力学行为模拟

铁素体(F)-马氏体(M)双相钢在生产过程中由马氏体相变造成的铁素体内部的几何必需位错(GND)会保留在最终的材料组织中,而由GND非均匀分布导致的材料局部硬化效应使得铁素体晶粒内部的性能分布同样呈现非均匀特性.为了量化GND局部硬化效应对双相钢力学性能的影响,本文通过电子背散射衍射(EBSD)实验测定与数据分析确定了储存在双相钢微观组织中的GND分布特征,并进行了参数化处理.使用微观组织重构算法构建了具有F-M和F-F硬化层的双相钢代表性体积单元(RVE)模型,并对双相钢在拉伸变形下的细观力学行为进行了模拟,模拟结果显示的组织变形特征及得到的整体应力-应变曲线与实验结果基本相符.     

双相区轧制对铁素体/马氏体双相钢组织性能的影响

采用双相区(α+γ)轧制及双相区短时保温处理相结合的方式,制备了一种高强高韧性低碳低合金铁素体/马氏体双相钢,并采用SEM、室温拉伸试验和维氏硬度检测等手段研究了不同轧制工艺对铁素体/马氏体双相钢组织和性能的影响。结果表明:相对于普通的连续轧制工艺,等温轧制和道次之间短时保温处理相结合的工艺对铁素体/马氏体双相钢的相比例、形貌和尺寸有重要影响。等温轧制及短时保温处理的双相钢的组织明显细化,马氏体相比例增加,组织均匀性显著改善,屈服强度提升了34%,达到1229 MPa,屈强比高达0.78,断口为韧性断口特征,呈细小韧窝状,具有良好的综合力学性能。     

600 MPa级热轧双相钢的高周疲劳性能

对热轧组织为铁素体+马氏体(1号)、铁素体+贝氏体+部分马氏体(2号)的600 MPa级热轧双相钢进行了应力比为0.1的拉-拉高周疲劳试验,并对疲劳性能进行了对比分析。结果表明:1号双相钢的疲劳极限为433 MPa,2号双相钢的疲劳极限为413 MPa。两种双相钢的疲劳断口均由疲劳源区、扩展区和瞬断区组成,疲劳源出现在试样顶角或近表面处,低应力时为单一疲劳源,高应力时为多疲劳源。裂纹扩展区除了有大量的韧窝,还有第二相粒子、疲劳辉纹和二次裂纹等特征。低应力幅时1号试样的疲劳辉纹较窄,疲劳寿命高于2号试样;高应力幅时2号试样的韧窝较深,疲劳寿命高于1号试样。在拉-拉载荷作用下,1号试样的裂纹为沿晶扩展,2号为穿晶扩展。透射电镜观察结果表明:在相近的应力幅下,疲劳断口附近高密度的位错缠结阻碍了位错的进一步运动,从而提高了双相钢的疲劳性能。     

一种含回火马氏体组织TRIP钢的研究

制备了一种含回火马氏体组织的TRIP钢(TAM钢),利用拉伸试验机、金相显微镜以及XRD对其力学性能、微观组织特别是残留奥氏体进行了研究,并与传统的TRIP钢进行对比。结果表明:TAM钢的抗拉强度略低于传统的TRIP钢(TPF钢),但是其伸长率远远高于TPF钢,高达32%以上,且拥有良好的加工硬化;TAM钢的微观组织由多边形铁素体、贝氏体、残留奥氏体以及回火马氏体构成;TAM钢的残留奥氏体量和碳含量与TPF钢没有明显差异,但是其残奥分布位置却不同,TAM钢中有部分残奥分布在回火马氏体组织内。在此基础上通过SEM原位拉伸试验对TAM钢在变形过程中的裂纹扩展进行了观察,发现裂纹前端在扩展过程受阻于到回火马氏体。     

低碳硅锰钢I&P&Q工艺中的Mn配分行为

采用双相区保温淬火(IQ)和双相区保温+奥氏体化淬火(IPQ)工艺和直接淬火(DQ)工艺,结合热力学计算,研究了低碳硅锰钢热处理过程中Mn配分行为及其对组织演变和力学性能的影响机制。结果表明:经IQ工艺处理,Mn在室温马氏体中出现了明显富集,马氏体以条状、块状、团状三种形态分布,化学位梯度驱使着Mn由铁素体向奥氏体中配分,Mn在晶界处的配分行为影响着晶界的迁移方向,使得形成不同形态的奥氏体晶粒;IPQ工艺处理后Mn在马氏体中呈不均匀分布,较DQ工艺,IPQ工艺使钢的伸长率由5.2%提高到10.9%,强塑积提高了6812 MPa·%。     

低碳硅锰钢I&P&Q工艺中Mn配分行为及对组织性能的影响

采用双相区保温淬火（I&Q）和双相区保温+奥氏体化淬火（I&P&Q）工艺和直接淬火（DQ）工艺,结合热力学计算,研究了低碳硅锰钢热处理过程中Mn配分行为及其对组织演变和力学性能的影响机制。结果表明：经I&Q工艺处理,Mn在室温马氏体中出现了明显富集,马氏体以条状、块状、团状三种形态分布,化学位梯度驱使着Mn由铁素体向奥氏体中配分,Mn在晶界处的配分行为影响着晶界的迁移方向,使得形成不同形态的奥氏体晶粒; I&P&Q工艺处理后Mn在马氏体中呈不均匀分布,较DQ工艺,I&P&Q工艺使钢的伸长率由5.2%提高到10.9%,强塑积提高了6812 MPa·%。     

中温热变形22MnB5钢的组织及性能

为研究中温热变形22Mn B5钢的组织及性能特点,利用Gleeble-3500热/力模拟试验机对22Mn B5钢板在不同工艺参数条件下进行热拉伸试验,获得不同组织组成的试样。并结合光镜、X射线衍射法、硬度测试和常温单向拉伸试验分析试样的微观组织和力学性能。结果表明,贝氏体使得试样具有较高的强度,一定量的铁素体使得试样具有较高的断后伸长率。同时,组织中适量的残留奥氏体,在拉伸过程中发生TRIP效应,残留奥氏体转变为马氏体,提高试样的强度和塑性。     

马氏体与铁素体双相低碳钢形变与断裂过程的观察

利用扫描电镜及其动态拉伸装置,对具有板条马氏体和铁素体双相钢组织的断裂过程进行了研究.结果表明,在拉伸应力作用下,裂纹在马氏体与铁素体界面及不同马氏体取向界面处成核,或者由于马氏体板条的断裂而产生.断裂系主裂纹钝化和微裂纹长大,最后沿强烈剪切形变带迅速连接所致.其微观形态为塑坑断口,属延性断裂机制.     

DEFORMATION AND FRACTURE BEHAVIOUR OF LOW CARBON MARTENSITE-FERRITE DUAL-PHASE STEEL

利用扫描电镜及其动态拉伸装置,对具有板条马氏体和铁素体双相钢组织的断裂过程进行了研究.结果表明,在拉伸应力作用下,裂纹在马氏体与铁素体界面及不同马氏体取向界面处成核,或者由于马氏体板条的断裂而产生.断裂系主裂纹钝化和微裂纹长大,最后沿强烈剪切形变带迅速连接所致.其微观形态为塑坑断口,属延性断裂机制.     

马氏体组织对SFPB处理双相钢表面纳米结构及力学性能的影响

目的 通过对不同微观组织铁素体/马氏体双相钢进行表面纳米化处理,探究材料表面晶粒细化和塑性变形机理。方法 采用超音速微粒轰击（SFPB）技术对经临界区退火（IA）、中间淬火（IQ）和分级淬火（SQ）后的双相钢进行纳米化处理,采用SEM、OM和XRD研究试验钢表面SFPB前后的微观组织特征,采用显微硬度仪测试其表面硬度,采用拉伸实验测试其力学性能。结果 热处理后,IA、IQ和SQ试样马氏体组织分别呈岛状、纤维状和块状,IQ试样平均晶粒尺寸最小,但马氏体体积分数最大。SFPB工艺处理后,双相钢表面形成了一定厚度的梯度纳米晶层（GNS）,该晶层内的晶粒尺寸均达到纳米级别,且随距离表面深度的增大而增大。IA-GNS、IQ-GNS和SQ-GNS试样表面硬度分别为285.9、266.7、382.1HV,抗拉强度分别为771.30、820.02、663.81 MPa,延伸率分别为8.89%、14.70%、10.04%。IQ-GNS试样断口以韧窝为主,SQ-GNS和IA-GNS试样断口韧窝较少,有明显裂纹开口。结论 表面产生强烈塑性变形时,由于位错的分割作用,表面晶粒尺寸细化至纳米级,材料强度大幅提高,同时纳米级纤维状马氏体微观组织的存在使得IQ-GNS试样保持了较高的塑韧性。     

退火工艺对980 MPa级热镀锌双相钢组织及性能的影响

利用奥钢联热模拟试验机模拟980 MPa级双相钢连续退火镀锌过程,利用拉伸试验机、光学显微镜和扫描电镜研究连续镀锌工艺中均热温度和快冷出口温度对双相钢组织及力学性能的影响。结果表明,经热镀锌退火后,980 MPa级双相钢的微观组织为铁素体+马氏体,组织中有Nb,Ti碳氮化物析出。随着均热温度的升高,马氏体体积分数呈逐渐增加的趋势,屈服强度和屈强比不断升高。快冷出口温度从340 ℃升高到430 ℃,马氏体发生回火分解,降低了试验钢的屈服强度,同时改善了伸长率。快冷出口温度为400 ℃时,强塑积达到最大值13.9 GPa·%。当均热温度为840 ℃,快冷出口温度为460~480 ℃时,可以获得抗拉强度在980 MPa级以上的双相钢。