含磷含釩TRIP鋼的組

含磷含釩TRIP鋼的組織、力學(xué)性能的研究

汽車(chē)行業(yè)不斷提出新的要求

優(yōu)良的成形性能；良好的抗凹陷能力和足夠的結(jié)構(gòu)剛度；良好的焊接性能；優(yōu)良的表面形貌和光潔度；高的耐蝕性能；良好的板形和板面平直度，嚴(yán)格的尺寸精度和性能均勻性；為減少汽車(chē)在行駛過(guò)程中的雷鳴效應(yīng)，部分零件用鋼板應(yīng)有吸聲減震效果鋼材是汽車(chē)生產(chǎn)的主要原材料，一般占汽車(chē)生產(chǎn)所用材料的70％以上。采用薄規(guī)格超高強(qiáng)度汽車(chē)板減輕汽車(chē)自重，可有效降低燃料消耗、減少?gòu)U氣排放、改善安全性，是現(xiàn)代汽車(chē)板重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)之一，目前，發(fā)達(dá)國(guó)家高強(qiáng)度汽車(chē)板用量已達(dá)50%由于強(qiáng)度提高必然導(dǎo)致延伸性下降，使鋼板的沖壓性和成型性變差，，如圖1所示為鋼材厚度、強(qiáng)度和可吸收能量指數(shù)之間的關(guān)系200MPa700MPa汽車(chē)鋼板技術(shù)努力的目標(biāo)就是研制出既有高強(qiáng)度同時(shí)塑性又相對(duì)良好的鋼板

目前，滿足高強(qiáng)度和良好成型性的汽車(chē)板品種主要有兩大類(lèi)：1.超低碳高強(qiáng)度鋼：HSLF鋼，BHIF鋼

2.是AHSS鋼：DP、CP、TRIP鋼、M鋼

圖2列出了不同汽車(chē)鋼的力學(xué)性能范圍TRIP效應(yīng)原理當(dāng)鋼由奧氏體區(qū)域以一定的冷卻速度冷卻并通過(guò)Ms～Md點(diǎn)之間的溫度范圍時(shí)，施加一定的載荷，可促使過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。隨著相變的進(jìn)行，同時(shí)可產(chǎn)生很大的塑性，使此種相變超塑性成為相變誘發(fā)塑性，簡(jiǎn)稱TRIP現(xiàn)象。TRIP效應(yīng)是指鋼中穩(wěn)定存在的殘余奧氏體在變形過(guò)程中向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)引入了相變強(qiáng)化和塑性增長(zhǎng)

圖3殘余奧氏體的相變誘發(fā)塑性機(jī)制

影響TRIP鋼性能的因素1.成分的影響2.顯微組織對(duì)TRIP鋼性能的影響3.熱處理工藝及對(duì)性能的影響C元素的影響

C是奧氏體穩(wěn)定化元素，在奧氏體中的碳含量決定了殘余奧氏體的量和穩(wěn)定程度。C濃度越高，增加了奧氏體的穩(wěn)定性。碳在奧氏體中溶解度很大．而在鐵素體中的溶解度卻很小。它能減緩?qiáng)W氏體中原子的擴(kuò)散速度．延長(zhǎng)奧氏體轉(zhuǎn)變前的孕育期．從而增加奧氏體的穩(wěn)定性，碳含量高，殘余奧氏體數(shù)量增多。有利于TRIP效應(yīng)產(chǎn)生。Si元素的作用1.Si分布在鐵素體中，提高鐵素體中碳的化學(xué)位，促使鐵素體中的碳向奧氏體內(nèi)部擴(kuò)散，奧氏體中的碳濃度升高。2.Si是鐵素體形成元素，臨界區(qū)加熱時(shí)Si傾向于分布在鐵素體中，因而奧氏體晶粒邊緣Si貧化。在貝氏體相變區(qū)等溫時(shí)，這個(gè)邊緣優(yōu)先向鐵素體轉(zhuǎn)變，同時(shí)向奧氏體晶粒內(nèi)部排碳，使奧氏體碳濃度增高，穩(wěn)定性增強(qiáng)。3.Si在碳化物中不溶解，貝氏體區(qū)保溫時(shí)碳化物沉淀被Si抑制，在殘余奧氏體中可富集較多的碳，使奧氏體具有更多的殘留或更高的穩(wěn)定化傾向缺陷：但是Si加入過(guò)多，會(huì)使鋼Ar3升高，奧氏體不穩(wěn)定性增加，不利于殘余奧氏體的獲得。Mn元素的作用錳是奧氏體穩(wěn)定化元素，它在臨界區(qū)時(shí)會(huì)向奧氏體中擴(kuò)散，使得Mn和C同時(shí)在奧氏體中富集，增加奧氏體在隨后冷卻過(guò)程中的穩(wěn)定性，推遲珠光體的形成，延長(zhǎng)馬氏體轉(zhuǎn)變?cè)杏冢档婉R氏體轉(zhuǎn)變臨界冷卻速率。同時(shí)也促使Ms降至室溫以下，形成一定體積含量的富碳的殘余奧氏體。P元素的作用

P是與Si類(lèi)似，是鐵素體形成元素、顯著增加C在鐵素體中的活度系數(shù),同時(shí)P又可抑制滲碳體的形成。而且，在低Si時(shí)，P的加入可以增加殘余奧氏體的量，在鋼中增加磷含量有利于提高材料的耐腐蝕性能。

缺陷：P含量過(guò)高，如P含量>0.25%時(shí)，會(huì)形成Fe3P磷化物。磷是容易在奧氏體晶界偏聚的元素。磷在奧氏體晶界的偏聚減弱了原奧氏體晶界上的原子間的結(jié)合力，是造成鋼的脆性的主要原因。V的作用釩是強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素,它在鋼中主要以微量固溶于鐵素體或形成碳氮化釩第二相這兩種形式存在。由于釩在鋼中不同的存在形式,造成了試驗(yàn)用鋼最終顯微組織的變化,進(jìn)而影響鋼的性能。1.細(xì)化鐵素體和殘余奧氏體的作用，從而提高鋼的強(qiáng)韌性。2.當(dāng)V形成V(CN)，在連續(xù)冷卻相變中，增加了貝氏體鐵素體的形核點(diǎn)，擴(kuò)大CCT曲線的貝氏體相變區(qū)。它們?cè)谧冃沃袑?duì)位錯(cuò)具有釘扎作用，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了試樣的強(qiáng)度。3.當(dāng)V微量固溶時(shí)，可以起到固溶強(qiáng)化的作用殘余奧氏體表征奧氏體穩(wěn)定化的主要參數(shù)是奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度Ms，Ms越低,奧氏體越穩(wěn)定。提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性有兩種途徑：第一，提高殘余奧氏體中C、Si等元素的濃度。第二，改變殘余奧氏體和第二相的形態(tài)。鐵素體鐵素體是在兩相區(qū)處理時(shí)的先析出相。鐵素體比貝氏體軟，延性較好，容易吸收因殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變引起的體積膨脹，因而對(duì)TRIP效應(yīng)有較好的輔助作用。

TRIP鋼的良好塑性應(yīng)是殘余奧氏體的應(yīng)變誘發(fā)相變和鐵素體基體相共同作用的結(jié)果。因而合適的鐵素體量及大量的殘余奧氏體是使鋼獲得良好塑性的前提條件。貝氏體高強(qiáng)度低合金TRIP鋼中，鐵素體和殘留奧氏體主要對(duì)塑性有影響，而貝氏體主要對(duì)強(qiáng)度有影響。

TRIP鋼室溫殘留奧氏體的獲取主要是利用貝氏體的不完全轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，通過(guò)兩相區(qū)的退火處理在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)等溫使得過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變成貝氏體，同時(shí)對(duì)奧氏體進(jìn)行第二次增碳，使得奧氏體中碳含量升高，降低奧氏體的Ms溫度直至室溫下，使之在隨后冷卻至室溫時(shí)保留

按生產(chǎn)工藝的不同，該類(lèi)鋼可分為熱處理型冷軋TRIP鋼板和熱軋TRIP鋼板。熱處理型冷軋TRIP鋼板是采用臨界加熱、貝氏體等溫淬火的工藝生產(chǎn)TRIP鋼的：而熱軋TRIP鋼板是通過(guò)熱軋后控制冷卻來(lái)得到TRIP鋼。兩種工藝生產(chǎn)的TRIP鋼板的顯微組織都是由鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體三相組成。兩種生產(chǎn)工藝路線見(jiàn)圖4

圖4TRIP鋼生產(chǎn)工藝路線簡(jiǎn)圖

(a)第一階段：快速加熱

(b)第二階段：兩相區(qū)退火（c）第三階段：快速冷卻

(d)第四階段：貝氏體等溫

(e)最后階段：快速冷卻到室溫含釩含磷TRIP鋼的研究目的與意義傳統(tǒng)的TRIP鋼屬于高SiTRIP鋼，可獲得較好的力學(xué)性能。用P來(lái)取代Si并取得良好的力學(xué)性能。同時(shí)在TRIP鋼中添加V元素，磷和硅均具有抑制滲碳體的析出的功能，而鈮、釩等強(qiáng)碳化物形成元素具有細(xì)化鐵素體和殘余奧氏體的作用，從而提高結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)塑性匹配。到目前為止，含釩含磷TRIP鋼的研究還是很少，因此開(kāi)展含釩含磷TRIP鋼的組織和力學(xué)性能研究具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義。本研究的目標(biāo)通過(guò)P和V的復(fù)合添加得到抗拉性能>800MPa，同時(shí)具有較好的延伸性能TRIP鋼。

實(shí)驗(yàn)方案

三種試驗(yàn)TRIP鋼的化學(xué)成分不同，T1鋼為不含釩鋼，T2、T3鋼為含釩鋼，且碳含量高于T1，T1鋼的磷含量最高，T3鋼的磷含量最低

鋼號(hào)CSiMnPSAlVNT10.1320.531.570.07850.00380.0010/0.0025T20.1820.531.620.05180.00430.00170.0900.0025T30.1890.511.600.02320.00430.00110.0950.0025

兩相區(qū)（α+γ）退火貝矢體區(qū)等溫淬火后的試樣經(jīng)過(guò)通過(guò)彩色金相分析對(duì)比不同鋼的，不同熱處理?xiàng)l件下的組織，通過(guò)網(wǎng)格法確定鐵素體的量。

編號(hào)兩相區(qū)（α+γ）退火貝矢體區(qū)等溫淬火1760℃×1.5min400℃×3min460℃×3min23800℃×1.5min400℃×3min4460℃×3min5