0.2C-5Mn-0.5Si-2.5Al中锰钢临界退火后的微观组织及力学性能

利用热力学模拟计算、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机等设备研究了不同退火工艺下0.2C-5Mn-0.5Si-2.5Al中锰TRIP钢的相变规律、微观组织及力学性能,分析了Al对相变规律及工艺与组织性能的影响规律。结果表明:添加(质量分数)2.5 %Al后,两相区显著扩大,且A₃温度明显提高,这有助于提高临界退火温度,进而加快奥氏体逆相变过程,有效地提高在较短临界时间(1、3 min)退火后的残留奥氏体含量;因2.5 %Al的添加,微观组织中出现了δ-铁素体;在临界退火温度范围内(760~880 ℃),随着退火温度的升高,屈服强度呈现略微下降趋势,而抗拉强度逐渐增加,退火1 min时伸长率及强塑积随退火温度的增加先升高后降低,而退火3 min时伸长率及强塑积随退火温度升高呈持续下降趋势;试样在760 ℃退火3 min可获得最佳的力学性能,抗拉强度为927.69 MPa,伸长率为50.12%,强塑积为46 503.00 MPa·%。     

1.5Al中锰钢短时临界退火后的组织与性能

应用热力学软件、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及拉伸试验等方法研究了0.2C-5Mn-0.5Si-1.5Al中锰TRIP钢的热力学工艺窗口、微观结构及力学性能，并在此基础上分析了短时临界退火温度对组织演变和力学性能的影响规律。热力学计算结果表明，最佳临界退火温度范围为640～670℃,实际最佳退火温度右移约70℃。低温阶段(700℃)碳化物未完全溶解，高温阶段(760～820℃)奥氏体稳定性降低，组织中出现马氏体，分别对应最佳工艺窗口两侧。730℃临界退火后，碳化物完全溶解且奥氏体足够稳定，组织由铁素体和奥氏体构成，可获得最佳力学性能，抗拉强度约1041 MPa,屈服强度921 MPa,伸长率42%,强塑积接近43 GPa·%。     

1.5Al中锰钢短时临界退火后的组织与性能

应用热力学软件、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及拉伸试验等方法研究了0.2C-5Mn-0.5Si-1.5Al中锰TRIP钢的热力学工艺窗口、微观结构及力学性能，并在此基础上分析了短时临界退火温度对组织演变和力学性能的影响规律。热力学计算结果表明，最佳临界退火温度范围为640～670℃,实际最佳退火温度右移约70℃。低温阶段(700℃)碳化物未完全溶解，高温阶段(760～820℃)奥氏体稳定性降低，组织中出现马氏体，分别对应最佳工艺窗口两侧。730℃临界退火后，碳化物完全溶解且奥氏体足够稳定，组织由铁素体和奥氏体构成，可获得最佳力学性能，抗拉强度约1041 MPa,屈服强度921 MPa,伸长率42%,强塑积接近43 GPa·%。     

预处理工艺对中锰TRIP钢微观组织和力学性能的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉伸试验机等系统研究了0.2C-5Mn-1.5Al-0.5Si中锰TRIP钢经不同预处理及临界退火处理后的微观组织演变和力学性能变化。结果表明,缩短预处理时间,不影响珠光体含量,但是能细化铁素体与马氏体晶粒;730℃临界退火5 min时,试验钢组织中皆出现了块状和薄膜状的两种残留奥氏体,而预处理时间更短的试验钢中奥氏体与铁素体晶粒更细;预处理时间短的试验钢抗拉强度和断后伸长率整体高于预处理时间更长的试验钢,并在预处理时间较短的工艺下,退火后获得最佳力学性能：断后伸长率为34%,强塑积为34.34 GPa·%,在拉伸过程中没有屈服延伸现象,具有良好的加工硬化能力。     

临界热处理对低合金TRIP钢组织与力学性能的影响

研究了临界热处理工艺对基于奥氏体逆相变原理设计的Fe-0.1C-2.5Mn-0.6Ni低合金TRIP钢组织与力学性能的影响。结果表明:试验钢经两相区临界退火仅能获得少量的残留奥氏体,且残留奥氏体含量随着退火温度的升高呈现先增加后降低的趋势,740℃退火后钢中的残留奥氏体含量最高。试验钢临界退火后在高温回火处理过程中马氏体会通过逆相变转变成奥氏体,使得钢中的残留奥氏体含量大幅提高。680℃回火后,试验钢中的残留奥氏体含量达到最大值10.4%,钢的塑性和韧性由于相变诱发塑性(TRIP)效应而显著提高。与传统TRIP钢相比,本文研究的TRIP钢更适合于厚板材、厚壁管材的生产制造。     

退火温度对中锰Q&P钢组织性能的影响

采用连续退火模拟机CCT-AY-Ⅱ对中锰QP钢(0.2C-5Mn-1.5Si中锰钢,锰含量4.92%)进行热处理实验,利用SEM、EBSD、拉伸试验以及X射线衍射法研究了不同退火温度对中锰QP钢的组织和力学性能、残留奥氏体含量的影响。结果表明,随退火温度的升高,抗拉强度逐渐升高,屈服强度逐渐降低,伸长率和强塑积先升高后降低,在660℃奥氏体化QP处理后力学性能最佳,抗拉强度为1040 MPa,断后伸长率为33.7%,强塑积达35.9 GPa·%;残留奥氏体体积分数随着退火温度的升高逐渐增多,最高达25%;试验钢对两相区奥氏体化温度非常敏感,稍高或稍低的退火温度都会导致强塑积的急剧下降,而在650~670℃之间退火时强塑积可达30.0 GPa·%以上。     

Fe-8Mn-xAl-0.2C冷轧中锰钢的组织与性能

利用场发射扫描电镜、电子背散射衍射技术、X射线衍射仪及电子万能试验机等对Fe-8Mn-xAl-0.2C(x=0, 3)冷轧中锰钢的微观组织与性能进行了研究。结果表明,Al的添加使奥氏体化温度明显升高。经高温临界区退火后得到了等轴的奥氏体与铁素体双相组织。添加Al提高了奥氏体的稳定性,影响了试验钢变形过程中的应变硬化行为,材料塑性得到改善。Fe-8Mn-0.2C冷轧试验钢在625℃退火获得了最优综合力学性能,抗拉强度为1220 MPa,伸长率为44%,强塑积为54 GPa·%;Fe-8Mn-3Al-0.2C冷轧试验钢在710℃退火获得了最优综合力学性能,抗拉强度为970 MPa,伸长率为58%,强塑积为56 GPa·%。此外,Al的添加扩大了试验钢获得优异力学性能的退火温度范围。     

含Al中锰TRIP钢原始组织对临界退火后组织与力学性能的影响

利用Factsage软件、SEM、XRD等研究了不同原始组织的0.2C-5.0Mn-0.5Si-1.0Al中锰TRIP钢经临界区退火处理后的显微组织与力学性能。结果表明,经热力学计算、设计的不同预处理工艺处理后试验钢的组织分别为:铁素体+块状残留奥氏体(700 ℃预处理10 min)、铁素体+马氏体+少量残留奥氏体 (800 ℃预处理5 min) 和马氏体+少量碳化物 (900 ℃预处理5 min)。不同预处理工艺处理后试样能获得不同形貌的残留奥氏体,700 ℃预处理+临界退火试样得到块状残留奥氏体,其他两种工艺下为膜状残留奥氏体。800 ℃预处理+临界退火试样拥有最佳力学性能,屈服强度为840 MPa,抗拉强度为1121.5 MPa,伸长率为33.25%,强塑积达到37.29 GPa·%。残留奥氏体形貌对中锰钢的加工硬化性能有显著影响,700 ℃预处理+临界退火试样的块状残留奥氏体稳定性较差,表现出高的加工硬化率,但持续区间较短;而800 ℃预处理+临界退火试样的膜状残留奥氏体稳定性更好,试样呈现较高的加工硬化率且持续区间较长。     

Fe-Mn-Al-C系轻质钢变形行为的原位分析

采用原位分析的方法研究了0.24C-10.46Mn-5.14Al(高锰)和0.24C-3.57Mn-4.99Al(低锰)两种轻质钢在室温拉伸过程中的相变行为。结果表明:层错能为29 m J/m2的高锰试验钢表现出了明显的孪晶诱发塑性效应(TWIP),层错能相近的低锰试验钢经拉伸后奥氏体含量明显降低,组织中出现了α'马氏体,在拉伸变形过程中呈渐进式转变的相变诱发塑性(TRIP)作用,其力学性能优于高锰试验钢;高锰试验钢中奥氏体碳含量越低,稳定性越差,其向ε马氏体的瞬时相变行为越显著,从而抑制了γ→α'的转变,导致其力学性能降低。     

退火时间对超细晶中锰TRIP钢组织性能的影响

采用CCT-AY-Ⅱ型钢板连续退火机模拟分析了退火时间对中锰TRIP钢0.1C-6Mn组织性能的影响规律。采用SEM、EBSD等微观方法观察不同工艺下制备的中锰TRIP的微观组织,利用XRD法测量了残留奥氏体量,实验测量了其力学性能。结果表明,650℃退火1 min时伸长率就达到了18%,抗拉强度1260 MPa,强塑积23 GPa%。通过EBSD证明试验钢退火马氏体只发生了回复,没有发生再结晶,且获得了超细晶组织。通过对保温3 min试验钢残留奥氏体研究,试验钢高的伸长率是由TRIP效应和组织的超细晶共同提供的。     

Effects of annealing conditions on microstructure and mechanical properties of low carbon, manganese transformation-induced plasticity steel

The effects of annealing conditions on microstructural evolution and mechanical properties have been investigated in low carbon, manganese TRIP (Mn TRIP) steel based on a 0.12C-6Mn-0.5Si-3Al alloy system. The microstructure of cold-rolled sheet subjected to annealing at 760 °C to 800 °C for 30 s to 1800 s consists of a recrystallized ferrite matrix and fine-grained austenite with a phase fraction of 25 % to 35 %. Variation of the annealing conditions remarkably influenced the characteristics of constituent phases and thus affected the tensile strength and elongation. Optimization of microstructural parameters such as grain size and fraction of constituent phases, which control the yield strength, overall work hardening, and the kinetics of strain-induced martensite formation, is thus critical for obtaining an exceptional mechanical balance of the alloy.     

Mn含量对0.15C-0.6Si-Mn TRIP钢组织和力学性能的影响

经过在两相区退火和贝氏体区等温处理，研究了两种不同锰含量的低硅TRIP钢的组织和力学性能，试验结果表明，低硅和低锰钢的残留奥氏体量少，力学性能差；增加锰含量，能提高残留奥氏体量及拉伸强度和伸长率，其力学性能与常规低碳Si-MnTRIP钢的水平相关，用电子探针测试了两相区退火钢中锰和硅的分布情况，发现锰在临界区退火时不发生再分配。     

配分温度对0.2C-2.96Mn-1.73Si钢组织和力学性能的影响

对0.2C-2.96Mn-1.73Si钢进行IQP(Intercritical heating quenching and partitioning)处理,获得超细化铁素体、马氏体和残留奥氏体多相组织。采用SEM、XRD和拉伸试验机研究了配分温度对试验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,随配分温度的升高,试验钢的抗拉强度逐渐下降,屈服强度和伸长率均先增大后减小。试验钢中残留奥氏体含量随配分温度的升高呈先增加后降低的趋势。配分温度为400 ℃时,残留奥氏体的含量最高,TRIP效应能够提供持久的加工硬化,试验钢获得了最高的均匀变形能力,抗拉强度为1444 MPa,伸长率为20.13%,强塑积达到29 GPa·%,综合力学性能最佳。     

C含量对冷轧Fe-6Mn-1Al中锰钢组织与性能的影响

研究了C含量(质量分数)分别为0.06%、0.15%和0.30%的冷轧中锰钢Fe-6Mn-1Al退火后的组织及室温拉伸后的力学性能变化规律。结果表明,不同C含量的试验钢经660 ℃退火后的组织均为铁素体+奥氏体的双相组织。随着C含量的增加,试验钢中奥氏体的体积分数由19.34%增加到38.70%,且C含量的增加引起了配分到奥氏体中的C、Mn含量的增加,使奥氏体的稳定性得到了提升。C含量较高的试验钢变形过程中的TRIP效应更显著,使试验钢的加工硬化能力得到了提高,获得更好的综合力学性能。C含量从0.06%增加至0.30%,试验钢的强塑积由28.0 GPa·%增加到51.4 GPa·%。     

Effects of Intercritical Annealing Temperature on the Tensile Behavior of Cold Rolled 7Mn Steel and the Constitutive ModelingEI北大核心CSCD

Medium Mn steel is composed of sub-micron grained ferrite and austenite, the unstable austenite may transform to martensite during plastic straining. Although the mechanical properties of medium Mn steel could be easily tested by tensile test, it is quite difficult to directly measure the influences of different constituent phases on the tensile and work hardening behavior. Thus, at the present work, EBSD, TEM, XRD and a constitutive model based on dislocation density have been used to study the effects of intercritical annealing (IA) temperature on the tensile properties and work hardening behavior of a newly designed medium Mn steel, Fe-7% Mn-0.3% C-2% Al (mass fraction). Experimental results showed that with the increase of IA temperature, the mechanic stability of reverted austenite decreased gradually and the kinetics of strain induced martensite rose rapidly. The stability of the reverted austenite was moderate when intercritically annealed at 700 degrees C this led to the best plasticity and the optimal mechanical properties. Simulated results exhibited that the mechanic stability of austenite has a decisive influence on the tensile behavior of the material. The austenite stability will be too high if the IA temperature is lower, and this will lead to the lower work hardening rate and uniform elongation; when the IA temperature is moderate, the stability of austenite will be optimum, consequently strain-induced martensite would be progressively produced during straining and result in the higher work hardening rate and prolonged uniform elongation; the stability of austenite will be too lower if the IA temperature is higher, thus larger volume fraction of strain- induced martensite would be formed in a short period, and this would result in the higher tensile strength but the inferior uniform elongation.     

临界退火冷却方式对含铌中锰钢奥氏体稳定性和力学性能的影响

针对含铌中锰钢进行了不同退火温度(700、750和800 ℃)和不同冷却方式(空冷、水冷)下的临界退火试验。结果表明,随着临界退火温度的升高,强塑积和残留奥氏体含量呈现先升高再降低的趋势。在750 ℃临界退火水冷后,试验钢的力学性能最佳,屈服强度达到750 MPa,抗拉强度为1820 MPa,断后伸长率为13.9%。随着临界退火温度升高,试验钢中渗碳体逐渐溶解,基体中C和Mn含量增多,在保温过程中配分进入奥氏体的C和Mn含量增多,导致奥氏体更稳定,残留奥氏体含量增多。当临界退火温度进一步升高,保温时奥氏体含量的增多导致配分进入奥氏体的C和Mn浓度降低,导致奥氏体稳定性降低,在冷却过程中形成大量马氏体。马氏体的增多和大尺寸团簇状(Nb,Mo)C的析出导致800 ℃临界退火后试验钢的高强度和低塑性。在相同临界退火温度下,水冷和空冷后试验钢的相组成相同。在800 ℃临界退火时,两种冷却方式对残留奥氏体含量和力学性能引起的差异最为明显,这与空冷过程中C和Mn向奥氏体配分更充分有关。     

基于FactSage的Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的组织及力学性能

借助FactSage数值模拟软件对Fe-(10~20)Mn-(5~10)Al-(0~0.5)C系低密度钢的凝固及冷却路径、相变及析出相进行了研究,利用FactSage软件中的FSstel数据库对该体系的垂直截面图进行计算,分析了Mn、Al及C元素对凝固及冷却过程中相变及析出相的影响,并得到了Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的平衡凝固相变路径图。结果表明,Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢中热力学计算出的平衡相有液相、铁素体、奥氏体和κ-碳化物, 由1600 ℃冷却至600 ℃完整的平衡相变路径为:液相→液相+铁素体→液相+铁素体+奥氏体→铁素体+奥氏体→铁素体+奥氏体+κ-碳化物。C和Mn含量的增加可扩大Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢奥氏体相区,Al元素增加缩小奥氏体相区。κ-碳化物的析出温度随着Al与C含量的增加而升高,Al与C元素均可促进κ-碳化物析出。Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢800 ℃时效3 h后的抗拉强度为602 MPa,屈服强度为520 MPa,断后伸长率为28.6%,时效5 h后的抗拉强度为729 MPa,屈服强度为685 MPa,断后伸长率为22.4%,随着时效时间增加,试验钢的强度增加,断后伸长率降低。Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的密度为6.99 g/cm³,相比普通钢材减重效果达10.4%。