退火时间对超细晶中锰TRIP钢组织性能的影响

来源:北京科技大学冶金工程研究院作者:尹鸿祥

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1min时伸长率就达到了18%,抗拉强度1260MPa,强塑积23GPa%。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3min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。

高强度高塑性是汽车薄板一直追求的的性能目标。特别是随着汽车轻量化和安全性要求的提高,要求汽车结构件用钢具有高强塑积。第一代汽车用钢的强塑积在10~20GPa%的水平,已经不能满足汽车工业未来发展对轻量化和高安全的双重要求。第二代汽车用钢,它们的抗拉强度可以达到800~1000MPa,强塑积达到了60GPa%。但第二代汽车用钢添加了大量的合金元素,使其成本较高。第三代高强高塑性汽车用钢就是通过Mn元素的适量添加与合理的工艺参数的控制来获得具有一定组分配比的组织结构,利用TRIP效应同时获得高强度和高塑性。强塑积要求大于30GPa%。对于第三代汽车钢中,中锰冷轧钢的罩式退火工艺已经有了相关的研究,但是连续退火工艺对中锰TRIP钢组织性能的影响还少有研究。

本文模拟连续退火工艺,设计和研究了强塑积超过20GPa%的中锰TRIP钢,并对板材的力学性能、微观组织和相关机理进行了比较和探讨。

1、实验材料及方法

实验钢采用50kg真空中频感应炉冶炼,化学成分如表1。将铸锭加热到1200℃保温1h后开锻,终锻温度为800℃,锻造加工成规格为40mm×90mm×90mm的锻坯。将锻件加热至1200℃保温2h,开轧温度1150℃,经6道次从40mm热轧至4mm,终轧温度为900℃,轧后空冷至600℃,模拟卷取。热轧板经酸洗后冷轧至1.5mm。然后把冷轧板切割成220mm×70mm的标准样在钢板连续退火模拟机上进行两相区退火。

表1 实验用钢化学成分(质量分数,%)

实验用钢化学成分

基于试验钢化学成分,利用Thermo-Calc软件模拟计算Fe-C-Mn系平衡相图,如图1所示。结合文献,两相区退火温度选为650℃,两相区保温时间分别选取1,3,5和10min。热处理工艺如图2所示。

Fe-C-Mn系中锰钢平衡相图

图1 Fe-C-Mn系中锰钢平衡相图

热处理工艺

图2 热处理工艺

两相区退火不同时间试样采用SEM、EBSD、和XRD等观察和检测手段分析研究。SEM、EBSD、XRD试样通过20%高氯酸酒精溶液电解抛光制取。

结论

1)试验钢在两相区退火时,退火1min时伸长率就达到了18%,抗拉强度1260MPa,强塑积23GPa%。而此时残奥含量仅为3.41%。随着退火时间的延长,残奥含量增多,而伸长率基本维持在18%左右。强塑积维持在23GPa%。用连续退火工艺开发和生产该试验钢是可行的;

2)随着退火时间的延长,残奥含量增多。通过EBSD证明退火马氏体只发生了回复,没有发生再结晶过程。退火马氏体和新形成的马氏体晶粒尺寸很小,形成超细晶组织;

3)通过保温3min不同形变量残留奥氏体研究,证明该种条件下,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。