低碳鐵素體馬氏體型課件

1、低碳鐵素體馬氏體型復相鋼 汽車用高強度鋼的性能要求： 高的強度 好的成形性 好的焊接性能 高的抗沖撞性能IntroductionElongation: e (%)MARTIFBHMildISIFTRIPDP,CPHSLACMn2004006008001000120010203040507060High StrengthSteelsAHSSUltra High StrengthSteelsLowStrengthSteelsConventional HSSLower Yield Strength: s (MPa)technicaleconomicalecologicalneeds ULSAB-AV

2、CClassification of steel grades 提高鋼板性能的方法位錯運動與變形在純鐵中，由于位錯的存在，很容易進行變形，所以，鐵有好的成形性。提高鋼板性能的方法固溶強化一定量的碳、氮含量，加入價廉的硅、錳元素，強度水平為440MPa提高鋼板性能的方法沉淀硬化含有一定量的碳、氮，加入釩、鈦、鈮等微量元素，形成碳化物，強度水平為780980MPa高鋼板性能提的方法多相組織(雙相鋼)硬的馬氏體相和軟的鐵素體相共存，使雙相鋼具有高強度和好的成形性提高鋼板性能的方法多相組織（TRansformation-Induced Plasticity 鋼）鋼中存在一定量的殘余奧氏體，在變形時，殘

3、余奧氏體應變誘發(fā)馬氏體相變，使鋼具有高強度、好的成形性和抗沖撞性能提高鋼板強度的方法： 形變強化 固溶強化（錳鋼、P鋼） 沉淀強化（含Ti、Nb、V） 組織強化： 提高碳量（增加珠光體） DP鋼（鐵素體+馬氏體） TRIP鋼(鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體) 馬氏體時效鋼（馬氏體）引 言 鋼材強韌性對立矛盾的變化關系給予人們調(diào)節(jié)構件力學性能以很大困擾，因為提高強度是以犧牲塑性作為代價的。無疑復相鋼的發(fā)現(xiàn)與應用具有很大理論和實際意義。長期以來，汽車制造中的許多沖壓部件采用普通低碳鋼，為減輕汽車自重，要求以較薄的高強度低合金鋼板來代替較厚的低強度普通低碳鋼板，但采用高強度低合金鋼以后，雖然強度有了增高

4、，卻使塑性、冷塑性形變成型性變壞，例如15鋼，s=230 MNm2，b=380 MNm2，s不低于27，而16Mn鋼當s=350 MNm2，b=520 MNm2，s低于21，未能很好的滿足沖壓成型要求。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，世界能源與環(huán)境問題顯示危機，造成探求高強度、高塑性鋼材的緊迫感，于是發(fā)展了在鐵素體基體上分布著馬氏體島的復相鋼，這種鋼具有優(yōu)異的強度、韌性和冷形變成型性的配合，拿C01的SiMn鋼來說，s=305 MNm2，b=603 MNm2，s達到28，用于汽車制造，可以較好的解決高強度低合金鋼不易沖壓成型的矛盾。低碳鐵素體-馬氏體型復相鋼設計思路復相鋼性能要求 所要設計的鋼種主要

5、用以制造機動車的形變成型件，如車門、車身外面板、擋泥板和輪圈等，要求具有以下的性能：(1)首要的是優(yōu)異的冷形變成型性，即要求具有低的屈服極限，高的抗拉強度，不出現(xiàn)明顯的屈服反應(在應力應變曲線上不出現(xiàn)明顯的屈服點)，高的均勻應變量和斷裂應變量，高的應變硬化指數(shù)n值以及高的塑性應變比值R；(2)高的形變加工硬化率d/d，從而可使板件厚度越小，而形變后的強度卻越高；，(3)好的可焊性。除此以外，鋼的生產(chǎn)成本應盡可能低廉。(1)復相鋼主要由鐵素體和位錯馬氏體所組成，并以鐵素體作為鋼的基本組成相，它約占8090體積分量；(2)為使鐵素體基體提供出高塑性、韌性和形變成型性的性能，鐵素體相應盡可能的不為C

6、、N原予所沾染，使它形成一個實際上不間隙固溶C、N的凈化相；但又使其具有一定的承受外加載荷能力，允許采用置換固溶強化、位錯強化機制來改善其強度；(3)盡可能使基體處于細小的等軸狀晶粒狀態(tài)； (4)在鐵素體內(nèi)應包含著較高密度的位錯，且有高可動性； (5)間隙固溶畢竟是一個強化效應最為顯著的強化機制，為使位錯馬氏體具有較高強度，因此讓位錯馬氏體間隙固溶一定量的C；但要注意到，不能因此而使鋼的塑性、韌性和形變成型性受到很大的削弱，例如控制馬氏體C含量不超過0.30，微量的孿晶馬氏體還是可以接受的；馬氏體系以幾何形狀的孤島方式分布于基體上，其尺寸與島狀間距應受到控制。(6)避免第二相化合物的沉淀，即避

7、免基體中位錯的滑移受到阻擋；如果有第二相粒子，則一要它均勻分布，二耍防止偏聚于兩個組成相的間界面上。 用鋼成分的設計 由冷形變加工組織設計可知，基體相應為不含間隙固溶C、N原子的凈化鐵素體相。另一個相為位錯馬氏體，C集中于馬氏體內(nèi)。若要求具有這種復相組織的鋼的屈服強度接近于高強度低合金鋼，如450MNm2，。已知退火鐵素體的屈服強度為180MNm2：，鐵素體體積分量取80，馬氏體體積分量則為20，根據(jù)混合定則可以推知，鋼中馬氏體的屈服強度便應達到1530MNm2，這相應的要求馬氏體含有0.40的C量；因此這種復相鋼的C含量可定為0.08。若要求取得更高的屈服強度便可使鋼有更多些的C量，即將馬氏

8、體的固溶C量增多些，或者適當?shù)脑龈唏R氏體體積分量。 0.2 M0.2Vm+F0.2VF 鋼的合金化選擇是從以下五個方面的需求來考慮的：置換固溶強化，主要為提高鐵素體基體的強度；掃除鐵素體基體中的間隙固溶原子，從而取得凈化C、N的鐵素體；提高鋼的馬氏體淬透能力；擴大十的溫區(qū)以改善熱處理工藝性能，細晶粒的獲得。 成分設計表明，本復相鋼居于低碳量，即0.2的C，主加元素為Si、Mn和Mo;其中Si1.50，1.01.5Mn，0.25 0.6Mo；副加元素可有Cr，V，Al和P等。 鐵素體馬氏體復相鋼的幾種類型 (1)Si-Mn系；如0.07C，1.1Si，1.75Mn，0.045Al，外加稀土金屬；

9、熱軋后板卷連續(xù)退火，s330MNm2，b620MNm2，總伸長率33。 (2)Mn-Si-Mo系；屬于這種類型的鋼種比較多，C含量在0.05一0.10范圍內(nèi)，比較多的是0.050.06，Mn量為1.01.40，Mo量為0.250.60，現(xiàn)在已不用Cr。一般直接由熱帶鋼軋機軋制而成，不另外進行熱處理。如0.09C，1.40Mn，1.40Si，0.70Cr，0.60Mo，0.02Al，熱軋制成復相鋼板卷，鋼板厚度約為2.0-5.0mm，s305MNm2，b603MNm2，28，R0.78，晶粒度為10級(ASTM)。 (3) Mn-Si-V系；如0.11C，1.5Mn，0.6Si，0.06V。(4

10、) Mn-Si-P系；如0.06C，1.0Si，0.7Mo，0.10P；于560卷取；進行750800加熱，噴氣冷卻到500以下，水冷，經(jīng)200回火，s275533MNm2，b420700MNm2，2638，R1.041.25，n0.150.19。 一般的復相鋼P、S量控制在0.010.07內(nèi)。 目前復相鋼是一個正在發(fā)展的鋼種，各國有自己鋼種系列，鋼的成分都在逐步地修正和補充。 F-M復相鋼制備工藝特點一、熱處理雙相鋼二、熱軋雙相鋼 (3) 間是高度粘合的，在其間沒有第二相粒子的偏聚，即沒有出現(xiàn)減聚現(xiàn)象，鐵素體可以將載荷作用安全地傳遞到馬氏體相。 (4)低碳的位錯馬氏體與鐵素體有著相同的點陣構

11、造，又具有相同的彈性模量，故在彈性應變范圍內(nèi)，不致發(fā)生局部的應力集中。 實際上復相鋼的組織不止是雙相，除和外，還可能出現(xiàn)珠光體和殘余奧氏體，以及碳化物，所以它的組織還是比較復雜的，是由多個相組成的。 低碳鐵素體-馬氏體型復相鋼組織與性能變化規(guī)律F-M復相鋼強韌性變化特點 復相鋼的強韌性具有以下特點： (1)復相鋼的強度主要由馬氏體體積分量、鐵素體晶粒尺寸以及鐵素體本身的強度三者所決定，鐵素體本身的強度則依靠位錯強化和置換固溶強化的作用。 (2)復相鋼的塑性、韌性和成型性主要取決于鐵素體的性質(zhì)，在很大程度上這是鐵素體凈化間隙固溶原子所導致的。 (3)各種相同強度的復相鋼之間，鐵素體強度高的鋼具有

12、較大的塑性。 (4)復相鋼的強度和塑性變化規(guī)律可近似地沿用纖維強化復合材料的理論計算公式F-M復相鋼的應力應變曲線 鐵素體馬氏體復相鋼的應力應變曲線包含以下的特性：(1)應力與應變的變化始終相互對應，不顯示屈服效應；(2)與相同抗拉強度的普通高強度低合金鋼相比較，它的屈服強度低，因而bs比值較高；(3)在抗拉強度相等時，復相鋼的延伸率比普通高強度低合金鋼為高；(4)在延伸率相接近時，復相鋼的抗拉強度高得多，有的可超出一倍以上；(5)復相鋼具有較高的形變硬化指數(shù)n值；(6)高的彈性模量E值。 強度與馬氏體體積分量的關系低碳鐵素體馬氏體復相鋼的強度主要取決于馬氏體休積分量，而與其C含量無關，強度與

13、馬氏體體積分量具有線性變化關系。試驗數(shù)據(jù)分布還比較分散，這與沒有把鐵素體晶粒尺寸和鐵素體強度變化作用考慮進去有關，無論如何強度與馬氏體體積分量問的線性變化趨勢是十分明顯的。因此復相鋼的屈服強度和抗拉強度可通過下示式子來估算，0.2與b都是正比于馬氏體量(M)的： 0.2 (MNm2)103十1.11M b (MNm2)365十16.3M (1)復相鋼在全部應變中均表現(xiàn)出較高的應變硬化；(2)成分有很大差異的復相鋼的應變硬化性質(zhì)無甚差異；(3)通常的幾種鋼，包括高強度低合金鋼的應變硬化在很寬的應變范圍內(nèi)都低于復相鋼；(4)這些鋼種和復相鋼的應變硬化與應變間的關系都相類似，因此并不直接的與應變硬化

14、機制有關。 復相鋼的高強度和高塑性在承受低周疲勞載荷時，顯然它的疲勞極限高于高強度低合金鋼 鐵素體基體晶粒細化的作用 前述結果表明，復相鋼(十)的抗拉強度給定時，提高鐵素體強度能改善鋼的塑性，即提高u或n值。除開馬氏體體積分量外，另一個影響復相鋼強度的因素是鐵素體晶粒尺寸。 實驗結果表明：（1）Nb可細化晶粒；（2）Mn和Nb同時加入鋼中，Mn量增至1.5%時，細化晶粒效果顯著；(3)Mo的細化晶粒作用不大；(4)Mn量從0.72增至1.48，鋼的馬氏體量隨著增多。 P和Si是有效的強化鐵素體元素。隨著鐵素體中P和Si量增多，強度提高，對塑性影響不大；復相鋼具有比普通的高強度低合金鋼更為良好的

15、強韌性配合。在鐵素體晶粒尺寸一定時，鐵素體的置換固溶強化能改善復相鋼的強韌性，以及成型性。 F-M復相鋼的斷裂行為與韌性復相鋼主要是由等軸狀鐵素體和20的條狀位錯馬氏體島所組成的。復相鋼的這種組織特點有其自己的斷裂方式，在受到外加載荷時，復相鋼的形變首先發(fā)生于鐵素體，于一定形變量以后，鐵素體基體上的形變才越過相界面而傳遞到馬氏體中去，從而引起馬氏體島的形變。鐵素體與位錯馬氏體均屬韌性相，有高的應變能力，在較大的應變范圍內(nèi)，兩相的應變與應變強化之間能保持平衡，能延遲頸縮的產(chǎn)生，因此復相鋼在形變時應變的分布是較均勻的。局部地區(qū)的應力集中不會很高。當形變量很大時，于是在氧化物間界面上，或者鐵素體與馬氏體島的間界面上萌生微孔，形成裂紋核心，在外力的繼續(xù)作用下，裂紋核心以解理方式向鐵素體內(nèi)擴展，裂紋擴展而遇到馬氏體時，常改變裂紋擴展走向，沿著鐵素體馬氏體界面在鐵素體一側(cè)擴展，裂紋核心也可以以準解理方式向馬氏體內(nèi)擴展然后又以解理方式通過鐵素體；造成斷裂。 復相鋼理論研究的近期成就 復相鋼具有優(yōu)異的加工硬化性能近年來在眾多的復相鋼理論研究中，最為成功的是它的加工硬化性能的理論解釋現(xiàn)在以為M-A島是難以形變的，當形變量1時，加工硬化主要是由于Orowan環(huán)對位錯源的反作用力所引起