高延伸凸緣型鐵素體-貝氏體鋼的組織演變及力學行為.pdf

1、熱軋雙相鋼具有強度高、屈強比低、初始加工硬化率高以及強度和韌性配合良好等優(yōu)點，是目前應用最多的先進高強度鋼（Advanced High Strength Steel,AHSS）之一。與傳統(tǒng)的鐵素體/馬氏體雙相（FMDP）鋼相比，鐵素體/貝氏體雙相（FBDP）鋼具有強度和冷成形性的匹配，且焊接、疲勞以及延伸凸緣性能優(yōu)良，是底盤和車輪等部件用熱軋高強度鋼的理想材料。本文結合上海寶鋼集團公司開發(fā)項目“鐵素體/貝氏體高擴孔鋼的相變及強化機理”，

2、研究低碳硅-錳鋼在連續(xù)冷卻及等溫過程中的相變行為，利用控軋控冷（Thermo-Mechanical Control Process,TMCP）工藝開發(fā)出經(jīng)濟型的熱軋FBDP鋼板，通過擴孔實驗評價不同強度級別FBDP鋼板的延伸凸緣性能，并對FBDP鋼在單軸拉伸下的變形行為和斷裂機理，以及擴孔成形中的裂紋形成及其擴展行為進行研究，取得了如下研究成果：
　　 （1）通過熱模擬實驗研究不同硅、錳含量的低碳鋼在連續(xù)冷卻過程中的相轉變規(guī)律，

3、定量分析合金元素、熱變形工藝參數(shù)以及冷卻速度對相變溫度和轉變組織的影響。結果表明：1）硅含量增加使Ar3溫度升高，錳含量增加使Ar3溫度降低，但錳對Ar3溫度的影響效果強于硅；2)硅對Ar3溫度的影響與變形條件有關，增加硅含量使未變形條件下Ar3溫度升高的更加明顯；3）硅在促進多邊形鐵索體形成的同時，也抑制了貝氏體相變，而錳不僅細化了鐵素體和貝氏體組織，還促進了貝氏體的形成；4）變形使低硅鋼中貝氏體鐵素體板條變得細而短，使高硅鋼中鐵素體

4、以及M/A島的分布更均勻。
　　 （2）通過等溫轉變實驗研究硅含量和變形對鐵素體和貝氏體轉變的影響及機理，采用超組元方法，修正后的Zener兩參數(shù)（考慮了碳、硅和錳等元素之間的交互作用），對等溫轉變過程中相變熱力學和相變動力學進行數(shù)值模擬。結果表明：1）隨硅含量增加，y→a轉變的孕育期縮短，y→B轉變的孕育期延長；2）隨著硅含量增加，組織中鐵素體晶粒細化，且貝氏體鐵素體的形態(tài)由細長條狀變?yōu)槎虠U狀；3）奧氏體變形后，組織中鐵素體的

5、形態(tài)多呈等軸狀，鐵素體晶粒明顯細化，貝氏體的體積分數(shù)減少；4）增加硅含量或奧氏體變形增大了碳在y/(y+a)或a/(a+y)相界面的平衡濃度，以及y→a轉變的驅(qū)動力|△Gr→a|。
　　 （3）通過TMCP實驗，在低碳硅-錳鋼中獲得具有鐵素體和貝氏體組織的FBDP鋼，研究合金元素和工藝參數(shù)對實驗鋼顯微組織和力學性能的影響規(guī)律。結果表明：1）以低碳硅-錳鋼為基礎，合理選擇硅、錳含量和TMCP工藝參數(shù)，可獲得不同強度級別的高延伸凸緣

6、型FBDP鋼板：抗拉強度可達472.5～721.5MPa，伸長率可達27.4～43.8％，擴孔率可達95～117.8％，滿足高延伸凸緣鋼擴孔率λ≥80％和伸長率A≥20％的標準，且比較經(jīng)濟；2）增加錳含量，可以有效提高實驗鋼的強度和韌性，但塑性和延伸凸緣性能有所下降；3）在實驗范圍內(nèi)，當硅含量由0.06％增加至0.57％時，實驗鋼的抗拉強度、韌性和延伸凸緣性能均提高；當硅含量增至0.92％時，實驗鋼的抗拉強度升高，但韌性和延伸凸緣性能下

7、降；當硅含量為0.57％時，實驗鋼具有強度、韌性和延伸凸緣性能的良好匹配：4）與鐵素體/珠光體鋼和FMDP鋼相比，F(xiàn)BDP鋼具有良好的強度與延伸凸緣性能之間的平衡；5）終軋溫度的降低雖然有利于細晶粒鐵素體的形成，改善鋼材的塑性和韌性，但也使組織中貝氏體的體積分數(shù)降低，導致鋼材的抗拉強度降低以及屈強比升高。
　　 （4）研究FBDP鋼在擴孔過程中的裂紋形成及擴展行為。結果表明，預制圓孔的邊緣是擴孔成形的變形危險區(qū)，當該處的切向伸長

8、超過材料的成形極限時，就會產(chǎn)生縮頸或裂紋。FBDP鋼的裂紋擴展主要以微孔聚集模式進行，當遇到貝氏體時，裂紋通過F-B相界面并剪斷鐵素體進行擴展。在裂紋擴展中，大部分的等軸鐵素體在應力場作用下沿垂直于裂紋方向被顯著拉長，這表明裂紋擴展在FBDP鋼中進行時，強度較低的鐵素體在應力場的作用下會產(chǎn)生較大的塑性變形，在一定程度上減弱了裂紋附近的應力集中，阻止了裂紋擴展。
　　 （5）對FBDP鋼在單軸拉伸下的變形行為和斷裂特性的研究表明：

9、在均勻塑性變形階段，F(xiàn)BDP鋼的n*（瞬時加工硬化指數(shù)）值隨真應變ε的增加呈逐漸減小趨勢，且n*-ε曲線大體可以分為n*較高，n*隨ε增加而緩慢下降，以及n*隨ε增加而迅速下降等三個階段。與HSLA和FMDP鋼相比，F(xiàn)BDP鋼在低應變區(qū)域具有明顯高的加工硬化值。在拉伸斷裂的縮頸過程中，F(xiàn)BDP鋼的孔洞或微裂紋多產(chǎn)生在鐵素體內(nèi)或F-B相界面附近。通過壓縮-拉伸實驗測定了FBDP鋼的包辛格效應參量以及預壓縮變形對FBDP鋼的加工硬化速率dσ