基体组织对800 MPa级双相钢强塑性机制的影响

采用两种热处理工艺制度,得到不同基体组织的800 MPa级双相钢,并系统地研究了基体微观组织特征及其对强塑性机制的影响。结果表明,基体组织对800 MPa级双相钢的塑性变形机制有显著影响,从而导致性能产生差异。(F+M)双相钢由多边形铁素体和约28%的第二相马氏体组成,屈强比0.540,而伸长率达到23.3%;(BF+γ)双相钢由贝氏体铁素体基体组织和约24%的第二相残留奥氏体组成,其屈强比为0.702,同时扩孔率达到56%。(BF+γ)双相钢在塑性变形过程中,厚度约为60~150 nm的γ相可有效分解裂纹尖端的应力集中,消耗裂纹扩展能量,同时诱导残留γ发生马氏体相变引起的体积膨胀还可弥合微裂纹产生的缝隙,在α相BF和残留γ两相的协调变形机制作用下,有益于提高其强度、塑性和扩孔性能。此外,(BF+γ)双相钢大角度晶界所占比例增加至63.1%,同时基体中存在较高的位错密度,均可有效弱化微裂纹扩展的驱动能,增加其继续扩展所需能量,缓解其在变形或扩孔过程中产生的应力集中。     

双相热处理对冷轧微合金钢成型性参数的影响

对一种 C-Mn 钢和三种微合金钢的冷轧和退火钢带,在755℃双相处理后,虽能得到双相钢良好的强度,塑性和加工硬化特征的综合性能,但是一般要降低 R 值。在730℃双相处理提高了(?),但降低塑性。可以认为,少量马氏体的生成,尽管消耗了对深拉取向不利的铁素体,但是马氏体含碳量较高使塑性降低。大量含碳量低的马氏体的生成,也消耗了取向有利的铁素体,因此降低(?),但把塑性恢复到双相钢应有的水平。一种简单复合材料拉伸变形的计算机模拟表明,为了解决有代表性的双相钢的塑性,硬相也需要有一定的塑性变形。     

技术讲座

<正>何谓双相钢,热轧双相钢组织控制特点是什么?双相钢是指低碳钢或低碳合金钢经过临界区热处理或控制轧制工艺而得到的主要由铁素体（F）+少量（体积分数<20%）马氏体（M）组成的高强度钢,也称马氏体双相钢,其组织特征是在延伸性好的铁素体基体上分布一定比例的强硬马氏体。双相钢具有良好的强塑性匹配和冷变形性能及综合机械性能。     

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.     

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。     

一种新的双相钢强度表达式

考虑到马氏体加铁素体双相钢的组织分布及变形特征与短纤维复合材料的相似性,以剪切滞后分析法为基础,提出一种新的双相钢强度表达式: σ_(bDP)=(β/23~(1/2) 0.65)1/Kσ_(bM)V_M σ_(bF)(1-V_M)在成分及组织各不相同的各种双相钢上所得的实验数据均与按上式计算的结果符合较好。文中讨论了铁素体向马氏体的载荷传递及马氏体强度利用率。     

AN EXPRESSION OF STRENGTH OF MARTENSITEFERRITE DUAL PHASE STEELS

考虑到马氏体加铁素体双相钢的组织分布及变形特征与短纤维复合材料的相似性,以剪切滞后分析法为基础,提出一种新的双相钢强度表达式: σ_(bDP)=(β/23~(1/2)+0.65)1/Kσ_(bM)V_M+σ_(bF)(1-V_M)在成分及组织各不相同的各种双相钢上所得的实验数据均与按上式计算的结果符合较好。文中讨论了铁素体向马氏体的载荷传递及马氏体强度利用率。     

变形温度对含Nb双相钢显微组织的影响

通过单道次压缩及连续冷却实验,研究了变形温度(810-720℃)对具有超细原始奥氏体晶粒的含Nb双相钢显微组织的影响.实验结果表明:实验钢最终组织为铁索体加马氏体的双相组织.压缩过程中,实验钢应力-应变曲线上出现峰值,且峰值应力随变形温度的降低先增大后减小;随着变形温度的降低,铁索体的含量先增大再减小,但增减幅度不大,在最低变形温度(720℃)时,铁素体品粒尺寸降低到2.8 μm,弥散分布于铁素体晶界上的马氏体含量达到22.7%;随着变形温度的增加,铁索体晶粒硬度减小,最低可降至230 GPa;EBSD取向分析显示,随着变形温度的降低,组织中小角度晶界增多.     

双相钢断裂特性的研究

本文研究了双相钢的断裂特性。用缺口试棒四点弯曲试验法测定了双相钢的解理断裂应力σ_f;根据解理断裂温度下断口形貌、微裂纹萌生和扩展以及显微组织的观察结果,得出了双相钢的裂纹扩展途径;根据σ_f与开裂单元的测定结果,并考虑到微裂纹的形状对解理断裂应力的影响,计算了双相钢的有效表面能。提出了双相钢解理断裂的应力扩展控制模型,并得出了σ_f=(0.33 19.33-c~(·1/2))kgf/mm~2的回归关系式。提高双相钢解理断裂应力的途径是:降低铁素体的晶粒尺寸,尽可能使马氏体岛细化,分布均匀和增加马氏体岛中板条马氏体的比例。     

亚温淬火下组织形态对高强低合金钢冲击韧性的影响

以一种高强度低合金钢为研究对象,分析了淬火-亚温淬火-回火(RQ-IQ-T)工艺与控轧控冷-亚温淬火-回火(TMCP-IQT)工艺对组织演变及力学性能的影响,并对不同显微组织特征实验钢的冲击断裂行为进行讨论。结果表明:RQ-IQ-T工艺获得的显微组织由条状铁素体与回火马氏体构成,试样-40℃冲击功达到205 J;而TMCP-IQ-T工艺获得的显微组织则由块状铁素体与回火马氏体组成,试样具有较高的强度,但冲击功相对较低,仅为149 J。冲击裂纹在条状铁素体中扩展包括沿长轴方向和剪切条状铁素体两种方式;在块状铁素体中主要以穿晶方式进行扩展。经RQ-IQ-T工艺获得的条状铁素体与回火马氏体双相组织对裂纹扩展具有较大的阻碍作用,有利于冲击韧性的提高。     

A STUDY OF FRACTURE CHARACTERISTICS OF DUAL PHASE STEEL

本文研究了双相钢的断裂特性。用缺口试棒四点弯曲试验法测定了双相钢的解理断裂应力σ_f;根据解理断裂温度下断口形貌、微裂纹萌生和扩展以及显微组织的观察结果,得出了双相钢的裂纹扩展途径;根据σ_f与开裂单元的测定结果,并考虑到微裂纹的形状对解理断裂应力的影响,计算了双相钢的有效表面能。提出了双相钢解理断裂的应力扩展控制模型,并得出了σ_f=(0.33+19.33-c~(·1/2))kgf/mm~2的回归关系式。提高双相钢解理断裂应力的途径是:降低铁素体的晶粒尺寸,尽可能使马氏体岛细化,分布均匀和增加马氏体岛中板条马氏体的比例。     

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.     

成分差异对低成本热轧双相钢组织性能的影响

实验室真空感应炉冶炼C-Mn钢、Nb-Ti钢和含Cr钢,轧后采用三段式冷却工艺试制低成本热轧双相钢,分析了成分差异对热轧双相钢组织性能的影响。结果表明,三种成分均可得到铁素体和马氏体双相组织;三者比较而言,C-Mn钢的铁素体含量较高,塑性好,但强度级别低;由于Nb-Ti钢中微合金元素Nb的固溶拖曳作用抑制相变,铁素体含量低,但细晶强化作用提高了钢板的屈服强度,屈强比增加;含Cr钢显微组织中马氏体含量最高,抗拉强度随之增高,屈强比较Nb-Ti钢降低。     

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。     

回火对不同应变历史的双相钢矫顽力各向异性的影响

一、引言当双相钢变形时,由于铁素体和马氏体的硬度不同,产生两相塑性应变不相容,从而引入内应力,同时引起变形材料力学性能和硬化的各向异性。在文献中曾报道了变形可以引起矫顽力各向异性以及时效     

先进高强钢断裂性能研究

在铁素体-马氏体双相钢的成形过程中,因材料边裂而导致的冲废和返修是其使用的一个主要问题。本文以双相钢DP780冲压某汽车零件出现开裂为例,比较了常规拉伸和切边拉伸(试样落料后不打磨边部)的力学性能,观察了断口的组织和形貌。试验结果表明切边质量较差的试样其伸长率要比切边质量好的试样低10%左右,Mn的偏析使得马氏体组织和Mn S夹杂沿轧向呈带状分布造成了横向切边试样的伸长率要比纵向切边试样低3%左右。裂纹在双相钢中的扩展沿着马氏体-铁素体晶界或穿过马氏体,细小的呈簇状分布的马氏体颗粒增加了双相钢的裂纹敏感性,降低了材料的抗断裂性能。     

低碳含铌细晶双相钢的组织控制

利用热模拟压缩变形实验研究了低碳含铌钢基于过冷奥氏体动态相变细晶双相钢的组织控制.相变前的奥氏体状态(再结晶奥氏体或形变奥氏体组织)及Nb的存在状态对动态相变有较大的影响.结果表明,由于铌在再结晶奥氏体中主要以固溶状态存在,其固溶拖曳作用延迟了铁素体动态相变,要求在动态相变中施以大的应变量才能获得细小马氏体岛弥散分布于细晶铁素体中的双相组织;形变奥氏体中,大部分铌在奥氏体未再结晶区形变中应变诱导析出,动态相变中固溶铌拖曳作用的降低以及未再结晶区形变对奥氏体有效晶界面积(Sv)的提高均有利于铁素体在动态相变中快速形核,在小应变量下即可获得铁素体晶粒为1～2μm,马氏体岛＜1μm的超细晶双相组织.     

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.     

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。