TWIP钢的研究现状

综述了TWIP(Twinning induced plasticity)钢研究的现状以及最新的进展.主要介绍现有TWP钢的成分体系,即Fe-Mn-Al-Si系、Fe-Mn-C系和Fe-Mn-Al-C系,以及各合金元素的作用;TWIP钢基于层错能的成分设计方法,层错能的计算方法及影响因素以及层错能与TWIP效应的关系.简述TWIP钢的组织特点、力学性能特点以及TWIP钢的生产加工的难点.     

汽车用高锰TWIP钢的研究现状

高锰TWIP钢的塑性机制与其堆垛层错能有关。采用试验法和热力学计算法确定TWIP钢层错能的研究结果存在差异,TWIP效应与层错能的对应关系也未达成一致。高锰TWIP钢凝固温区宽,凝固时容易形成疏松、偏析等铸态缺陷。铸态TWIP钢高温时的断面收缩率均低于40%,可能导致连铸弯矫时开裂。水平连铸和双辊薄带连铸在TWIP钢生产上具有突出优势。TWIP钢的热轧温度区间窄,与其固相线温度低和高温塑性差有关。冷轧后连续退火温度和退火时间也尚在摸索之中。Fe-Mn-Si-Al系TWIP钢的强化机制以孪晶形成动态细化晶粒为主,而Fe-Mn-C-(-Al)系TWIP钢中动态应变时效可能是主导作用。TWIP钢的延迟断裂敏感性可通过Al合金化来改善,其主要机制是在试样表层下形成的α-Al2O3层阻止氢的渗入。     

Fe-20Mn-0.6C TWIP钢力学性能和微观组织的演变

 研究一种Fe-Mn-C系新型TWIP钢的力学性能和微观变形机制。采用静态拉伸方法测试Fe-20Mn-0.6C钢在热轧和冷轧及热处理后的力学性能,通过金相、X-射线衍射、透射电镜观察等方法研究该钢的微观组织演变。结果表明：试验钢经过热轧后,表现出优异的综合力学性能,伸长率高达100%,抗拉强度达到924MPa。将热轧钢板经过适量冷轧后其抗拉强度提高到1210MPa。 热轧态组织为等轴的奥氏体基体及退火孪晶,拉伸变形后其微观组织中孪晶密度显著增加,晶粒内由一套孪晶系逐渐演化为两套孪晶系,而且因变形诱导马氏体相变产生大量马氏体组织。     

高锰TWIP钢层错能的研究进展

高锰TWIP钢的高强度、高塑性和高能量吸收能力与其堆垛层错能有关。TWIP效应对应的层错能上、下限值仍未统一,尤其是TWIP向MBIP(微带诱导塑性)转变的临界判据仍有待于深入分析。XRD、TEM和EAM是测定奥氏体层错能最常用的实验方法。同一TWIP钢的层错能及其变化规律存在实验方法的相关性。正规和亚正规溶液模型、Bragg-Williams模型和双亚点阵模型是计算高锰钢层错能的常见模型。对同一TWIP钢来说,不同模型的预测值并不相同,且与实测值也存在差异。铃木效应引起层错能随间隙原子浓度非线性变化,这在计算时是不能忽略的。规范实验方法、提高设备精度和完善热力学模型及其数据库有助于获得准确可靠的层错能值。     

铜含量对高碳TWIP钢组织和力学性能的影响

 采用真空熔炼法制备了Fe-20Mn-XCu-1.3C系高强度高塑性合金钢。通过单向拉伸试验和OM观察,研究了铜含量的变化对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：Fe-20Mn-XCu-1.3C系合金拉伸变形前后均为单相奥氏体组织。随着铜含量的增加,合金的屈服强度和伸长率提高,而抗拉强度降低,Fe-20Mn-3.0Cu-1.3C合金的抗拉强度为1256MPa,伸长率为77.6%,强塑积达到97465.6MPa·%,具有优异的综合力学性能。铜含量的增加提高合金的层错能,推迟了变形过程中孪晶的形成并降低了孪晶的形成速率,使位错滑移更容易发生。Fe-20Mn-XCu-1.2C系合金具有较高的加工硬化速率水平,其加工硬化速率随着铜含量的增加而降低。     

高锰TRIP/TWIP钢变形行为的研究进展

高强度高塑性是汽车用钢发展的主要趋势.Fe-Mn-Al-Si系TRIP/TWIP钢、Fe-Mn-C系TWIP钢和Fe-Mn-Al-C钢具有高的强度、优良的塑性和成形性,为新一代汽车材料.近年来,这些奥氏体汽车用钢的研究与开发受到了高度重视.本文对高锰TRIP/TWIP钢的组织性能、晶体学行为、强韧化机制、应变硬化行为和高速变形方面的研究工作进行了综述.     

Nb微合金化汽车用TWIP钢的研究进展

汽车是日常生活中主要交通工具之一,其用钢质量的优劣直接关系到汽车本身及乘坐人员的安全,因此研发高性能汽车用钢至关重要。微合金化是有效改善汽车用钢性能的手段之一,微合金元素铌可细化晶粒,提高材料的强韧性及氢致延迟断裂性能,备受研究者的青睐。总结了微合金元素铌对汽车用TWIP钢组织的影响,综述了铌对汽车TWIP钢力学性能、耐磨性能及抗氢致延迟断裂性能等的作用及相应机制,并提出了现阶段铌微合金化汽车用TWIP钢研究过程中存在的问题,为后续低成本、高效地发挥铌元素在高强度汽车钢中的应用提供参考依据。     

汽车用轻质TWIP钢的组织演变规律研究

研究了中碳-高Mn系TWIP钢在固溶处理后的组织和力学性能。采用OM、XRD、TEM和EBSD分析了TWIP钢形变前后的微观组织演变规律和高强塑性的产生机理。结果表明,形变孪晶密度随着变形程度的增加而增大,形变孪晶渐进产生,细化起到细晶强化和延缓断裂的作用,使TWIP钢具有优异的综合力学性能和成形性能。     

纳米碳化钒强化TWIP钢加工硬化机制研究

弥散分布的纳米碳化钒颗粒能明显提高TWIP钢的屈服强度,但同时将在一定程度上降低加工硬化率。采用一个修正的物理模型来研究纳米碳化钒颗粒对一种实验室等级的FeMnC奥氏体TWIP钢加工硬化率的影响。试验发现在塑性变形过程中弥散分布的纳米碳化钒颗粒会加快位错累积速率,但也会降低孪晶形成速率。与不含析出相的TWIP钢相比,在小应变时含纳米碳化钒颗粒的TWIP钢加工硬化率较高,但随着应变量的增加其硬化率减小的速度高于不含析出相的TWIP钢,因此在高应变条件下含纳米碳化钒颗粒的TWIP显示出较低的钢加工硬化率。     

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.     

Microstructural Evolution of Surface Layer of TWIP Steel Deformed by Mechanical Attrition Treatment

 A nanocrystalline layer was synthesized on the surface of TWIP steel samples by surface mechanical attrition treatment (SMAT) under varying durations. Microhardness variation was examined along the depth of the deformation layer. Microstructural characteristics of the surface at the TWIP steel SMATed for 90 min were observed and analyzed by optical microscope, X-ray diffraction, transmission and high-resolution electron microscope. The results show that the orientation of austenite grains weakens, and α-martensite transformation occurs during SMAT. During the process of SMAT, the deformation twins generate and divide the austenite grains firstly; then α-martensite transformation occurs beside and between the twin bundles; after that the martensite and austenite grains rotate to accommodate deformation, and the orientations of martensite and between martensite and residual austenite increase; lastly the randomly oriented and uniform-sized nanocrystalline layers are formed under continuous deformation.     

Hot Deformation Behaviors of Fe–30Mn–3Si–3Al TWIP Steel during Compression at Elevated Temperature and Strain Rate

The hot deformation behavior of twinning‐induced plasticity (TWIP) steel was investigated at 973–1373 K and strain rates of 0.01–20 s^?1 by hot‐compression experiments performed on a Gleeble‐3800 thermo‐simulation test system. Microstructural evolution during recrystallization in the hot deformed TWIP steels was investigated by metallurgical analysis. The hot‐flow behavior can be represented by a Zener–Hollomon parameter in the hyperbolic‐sine equation. The hot‐deformation activation energy is 436.813 kJ mol^?1. Deformation bands are initially generated in the deformed austenitic grains during the dynamic recrystallization (DRX) of TWIP steel. With increasing temperature, the recrystallized grains emerge at the boundary junctions after the disappearance of the deformation bands. Subsequently, they gradually spread along the austenitic boundaries and exhibit a necklace shape. The dynamic recrystallized grains continuously grow until they finally reach equilibrium. The DRX mechanism of TWIP steel is a boundary bulge mechanism. The optimum hot‐working technology parameters (especially for rolling) for the TWIP steel is the deformation temperature range of 1223–1323 K, and strain rate range of 1–10 s^?1.     

碳含量对新型Fe-Ni-Mn-Si-C系TWIP钢组织和力学性能的影响

通过光学显微镜、X射线衍射和透射电镜等方法研究了碳含量对Fe-Ni-Mn-Si-C系合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:Fe-Ni-Mn-Si-C系合金的主要塑性变形机制为孪生诱发塑性(TWIP)效应。碳的质量分数由0.70%增加至0.98%,合金的屈服强度和抗拉强度分别由391 MPa和860 MPa增大到458 MPa和974 MPa,伸长率由63.6%提高到69.2%。随着碳含量的提高,Fe-Ni-Mn-Si-C系合金出现明显的动态应变时效现象。Fe-15Ni-12Mn-2.5Si-XC合金具有良好的应变硬化能力,随着碳的质量分数提高至0.98%,最大应变硬化指数达到0.73。     

Effect of Grain Size and Grain Orientation on Dislocations Structure in Tensile Strained TWIP Steel During Initial Stages of Deformation

The effects of grain size and grain orientation on substructure in Fe–31Mn–3Al–3Si TWIP steel at a true strain of 0.06 were investigated. The results of the TEM observations indicated that where the grain size was 18.4 µm, the dislocations structure showed orientation dependence so that the mixture of both planar and tangled dislocations structure can be found in the deformed structure before the mechanical twinning initiation. Regardless of the grain orientation, however, the dislocation entanglements were mainly observed in the case of 2.1 µm grain size. Additionally, the reason for the suppression of the mechanical twinning as a result of the grain refinement at higher strains was described by the change of dislocations structure during initial stages of deformation.     

两种不同层错能TWIP钢的变形行为及组织演变

对两种不同层错能TWIP钢分别在1 100℃进行了固溶处理,观察了实验钢的微观组织,并分析了实验钢的变形行为.结果表明:通过透射电镜观察,发现较低层错能的TW1实验钢内出现层错,而较高层错能的TW2实验钢内层错较少,但发现位错呈有规则排列的组态;TW2实验钢的加工硬化曲线呈现单调下降的趋势,而TW1实验钢的曲线则分为3个阶段.