材料加工物理冶金论文控轧控冷TRIP钢论文

材料加工物理冶金论文- 1 -摘 要金属或合金由于相变，在低于母相屈服极限的条件下即发生塑性变形，这种现象称为相变诱发塑性或相变塑性。 TRIP 效应是一种特殊的相变诱发塑性，是当 钢处于MsMd 点之间的温度范围，且受到应力而产生一定量应变时， 钢中的残余奥氏体诱发马氏体相变，使材料的局部加工硬化能力提高并推迟缩颈的发生，从而提高钢的强度和塑性的一种相变诱发塑性现象。TRIP 钢是利用TRIP 效应原理，通过热变形后控制冷却或轧制后热处理生成，组织由50%60%的铁素体、25%40%的贝氏体或少量马氏体及5%15%残留奥氏体构成，具有比较高的强度和塑性。本论文主要讨论不同成份的冷轧TRIP 钢中多相组织的形成过程及其控 轧控冷原理，以及控轧控冷过程与钢的微观组织，性能之间的关系。关关键键词词：TRIP 钢钢，控控轧轧控控冷冷，退退火火温温度度，保保温温时时间间，微微观观组组织织材料加工物理冶金论文- 1 -目目 录录摘 要.1引 言.11 冷轧TRIP 钢的生产工艺和热处理工艺 .21.1 冷轧TRIP 钢轧制工艺.21.2 冷轧TRIP 钢的热处理工艺.22 控轧控冷在冷轧TRIP 钢生产中的应用.32.1 合金元素在控轧控冷过程中的作用 .32.5 临界区退火温度的选择.42.6 贝氏体等温温度、保温时间的选择 .53 控轧控冷对TRIP 钢组织和性能的影响.73.1 控轧控冷对残余奥氏体含量及TRIP 钢性能的影响.72.2 控轧控冷对残余奥氏体稳定性及TRIP 钢性能的影响.82.3 控轧控冷对铁素体组织形态及TRIP 钢性能的影响.82.4 控轧控冷对贝氏体组织形态和TRIP 钢性能的影响.9结 论.10参 考 文 献.11北京科技大学本科生毕业设计（论文）- 1 -引 言TRIP钢是近10多年才商业化开发的低碳、低合金钢种，具有高强度与高塑性有利结合的特点，包括热轧、冷轧、电镀和热镀锌产品。冷轧TRIP 钢与热轧TRIP 钢相比，轧制、退火过程都易于控制，容易实现工业化生产，目前，冷轧TRIP 钢在TRIP 效应、成分设计、成形性、焊接性、可镀性等方面的研究都十分活跃，并且已经取得显著成果，在相图计算应用于成分和组织设计的研究方面也取得明显进展。国外已实现800MP 级别冷轧TRIP 钢的工业化生产，国内宝钢也成功实现600MP 级别冷轧TRIP 钢工业化生产。北京科技大学本科生毕业设计（论文）- 2 -1 冷轧TRIP钢的生产工艺 和热处理工艺根据生产条件和不同的品种、规格要求， TRIP 钢可采用不同的工艺生产，具体如图1 所示。图1 TRIP 钢生产工艺由图1 可知，TRIP 钢的生产包括冷轧和热轧两种， 冷轧与热轧相比，区别在于多后续的酸洗冷轧以及退火工艺。1.1冷轧TRIP钢轧制工艺冷轧TRIP 钢的来料为热轧带钢，来料首先进入酸洗槽酸洗除磷，之后冷轧，然后在两相区退火，之后快速冷却到贝氏体等温区卷曲。1.2冷轧TRIP钢的热处理工艺冷轧TRIP 钢热处理工艺如图2 所示。图2 TRIP 钢板的热处理制度北京科技大学本科生毕业设计（论文）- 3 -2 控轧控冷在冷轧TRIP钢生产中的应用2.1 合金元素 在控轧控冷过程中 的作用(1)MnMn 为扩大 区元素，既能以固溶状态存在 于奥氏体和铁素体中； 也可以进入渗碳体中取代一部分Fe 原子；还能形成硫化物，消除硫的有害影响。 在两相区保温及随后的冷却过程中，Mn 部分固溶于奥氏体中，部分在晶界形成MnS 等化合物，增强奥氏体稳定化，阻止奥氏体向珠光体的转变 ，使铁素体和贝氏体转变容易控制，同时也促使MS降至室温以下，形成一定体积的富碳的残余奥氏体。但Mn 加入过多，会引起TRIP 钢贝氏体转变过慢，导致残余奥氏体体积增多。同时，也会使冶炼和轧制过程中出现白点的几率增大，晶粒粗化的趋势增强。含锰量一般控制在1%2%的范围内。（2）SiSi 是铁素体形成元素。在两相区保温时，Si 主要以固溶方式存在于TRIP 钢中，Si能提高铁素体中碳的化学位 ，使碳向奥氏体中扩散， 在两相区保温后，快速冷却到贝氏体转变温度区间，奥氏体转变为贝氏体铁素体， Si 因其在渗碳体中不溶解而有效地抑制了渗碳体的形成，使碳向奥氏体中进一步扩散，最后，残余奥氏体被碳所富集1，促使马氏体开始转变温度MS降至室温以下。获得TRIP 效应产生的基本条件。但是，Si 加入过多，导致TRIP 钢表面产生厚的氧化皮 ,该氧化皮在热轧时易轧入钢板表面,并难以通过酸洗清除 , 使TRIP 钢涂镀效果很差。同时Si、Mn 加入过多，降低钢的塑性和韧性，并且引起焊接性能恶化。因此，含硅TRIP 钢的含硅量控制在1%2%的范围内。无硅或低硅TRIP 钢的含硅量<0.6。（3）AlAl 的作用与Si 相同，用Al 替代Si 的无硅TRIP 钢同样可获得相变诱发塑性，添加Al 并不对涂镀产生不利影响。北京科技大学本科生毕业设计（论文）- 4 -但Al 是强铁素体形成元素， 加入过多，会明显缩小奥氏体单相区，在热处理过 程中无法实现完全奥氏体化2。（4）NiNi 的作用与Mn 相同，在两相区保温及随后的冷却过程中，部分固溶于奥氏体中，部分在晶界形成C、N 化合物，增强奥氏体稳定化， 阻止奥氏体向珠光体的转变 ，使铁素体和贝氏体转变容易控制，同时也促使MS降至室温以下，形成一定体积的富碳的残余奥氏体。Ni 加入过多，也导致残余奥氏体体积增多，强度降低，塑性提高。(5)NbNb 为微合金化元素，高温轧制时固溶于奥氏体中，提高了奥氏体的再结晶温度，使得奥氏体未再结晶区扩大，推迟了的转变，在未再结晶区轧制时， Nb 主要以C、N 化合物的形式存在于奥氏体晶界，起到阻碍奥氏体晶粒再结晶和长大的作用，从而细化晶粒，在冷轧后两相区保温的过程中，由于Nb 的C、N 化合物比较稳定，在晶界处与晶界相互作用，阻碍晶界的迁移，从而有效的阻碍晶粒长大， 具有显著的细化晶粒作用3。对一定的形变热处理工艺而言 ,含有大量固溶Nb 的奥氏体具有较高的残余奥氏体含量及稳定化趋向。 一般Nb 的加入量<0.04%。2.5临界区退火 温度的选择通过改变在奥氏体铁素体两相区的退火温度，可以控制铁素体的量、原始奥氏体的量以及奥氏体中的含碳量。退火温度高，根据平衡相图可知原始奥氏体的量大，因而奥氏体中的碳含量低，而且温度高有益于晶粒铁素体和奥氏体晶粒长大， 在随后的等温转变过程中， 由于碳含量比较低，需要扩散的碳含量也相应比较低， 贝氏体转变完成的比较快，导致残留奥氏体的量少。随着退火温度的降低，原始奥氏体的量逐渐降低，奥氏体中的碳含量升高，等温转变后，残留奥氏体的量增加，并且由于碳的富集其稳定性增强。但退火温度过低，接近Ac1 线时，由于温度比较低，碳扩散比较慢， 渗碳体溶解缓慢，珠光体分解不完全，即使退火10，000 s，还有少部分奥氏体中存在未溶碳化物。北京科技大学本科生毕业设计（论文）- 5 -而且退火温度过低， 平衡相图中原始奥氏体的量少，等温转变时由于较高的碳含量， 需要扩散的碳含量增多，导致 贝氏体转变的“C”曲线的鼻尖移向更低的温度4，在规定的等温时间内形成的贝氏体量少 。图3 为某钢退火温度对力学性能的影响，图3 退火温度对力学性能的影响2.6贝氏体等温 温度、保温时间的选择（1）等温温度在贝氏体转变区等温时，若等温温度提高， C 曲线中孕育期变长，且由于退火后冷速较慢，易析出铁素体，最终显微组织中残留奥氏体量较少而稳定。等温温度较低时，贝氏体形成的孕育期同样较长，并且所形成的贝氏体铁素体中碳原子过饱和程度增加，甚至会形成马氏体：此时，残留奥氏体少而稳定性差。在400左右等温时，有最快的贝氏体形成速度，可有效地稳定过冷奥氏体。试样在拉伸时，得到的伸长率也就越大。北京科技大学本科生毕业设计（论文）- 6 -图4 贝氏体等温淬火温度对力学性能的影响（2）等温时间随等温时间的延长，碳原子充分向奥氏体中扩散，奥氏体中碳浓度增高，奥氏体稳定性也就增强，但等温时间延长的同时贝氏体转变量也增多，残余奥氏体量减少，碳浓度过饱和，碳化物析出， TRIP 效应也就降低。等温时间过短，奥氏体中碳浓度低，稳定性不足， TRIP 效应相对较弱。一般等温时间限制在100s1000s 之间。北京科技大学本科生毕业设计（论文）- 7 -图5 贝氏体等温淬火保温时间对力学性能的影响3 控轧控冷对TRIP钢组织和性能 的影响3.1 控轧控冷对 残余奥氏体 含量及TRIP钢性能的影响各种强塑积与残余奥氏体含量的关系 ，如图6 所示。图6 残余奥氏体体积分数对强塑积的影响TS抗拉强度; T-EI总伸长率;U-EI平均伸长率; L-EI局部伸长率可见，随着残留奥氏体含量增加TRIP 效应增强，材料的强塑积