临界退火对Fe-11Mn-3Al-2Si-0.3C中锰钢组织性能影响及作用机理研究

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发展具有高强塑积的先进汽车用钢是汽车轻量化的重要途径之一。最近几年发展起来的第三代汽车用中锰钢(Mn含量在3.5-12wt%),通过有效利用其亚稳奥氏体组元的TRIP/TWIP效应,综合改善成形性及力学性能,是当前轻量化汽车用钢研发领域的研究热点。其中,将热轧和(或)冷轧中锰钢在适当温度区间予以临界退火以调节亚稳奥氏体相比例、稳定性及元素配分是调控性能最关键的工艺途径。本文以一种公称成分为Fe-11Mn-3Al-2Si-0.3C的11Mn型中锰钢为研究对象,系统研究了热轧/冷轧中锰钢在不同临界退火工艺下显微组织的演变特征以及力学性能的响应规律,探究了不同工艺条件下的强韧化机制,主要结果包括:(1)热轧中锰钢经临界退火处理后,显微组织主要由板条状铁素体与逆转变奥氏体相间排列以及少量的δ-铁素体组成。随着退火温度的升高,热轧中锰钢中板条组织宽度增加,力学性能先上升后下降,其中,热轧试验用中锰钢在850℃-30min退火工艺下,可获得最佳的力学性能,此时屈服强度和抗拉强度分别为314.57MPa和1326.52MPa,断裂延伸率为14.6%,强塑积约为19.37GPa·%。(2)提出了循环冷轧+临界退火工艺,获得了奥氏体+铁素体双相组织,细小等轴的铁素体分布在奥氏体基体上。循环轧制工艺过程中,显微组织由板条状组织向等轴状组织转变,断裂方式发生脆性断裂到韧性断裂转变。而对于冷轧中锰钢随着退火温度的升高,显微组织主要由等轴状铁素体与逆转变奥氏体组成,且随着退火温度的升高,冷轧中锰钢中组织出现明显长大,其中冷轧中锰钢力学性能随退火温度升高先上升后下降,在800℃-30min退火工艺下可得最佳力学性能,其屈服强度和抗拉强度为570.32MPa和1105.62MPa,延伸率为76.87%,强塑积为84.99GPa·%。(3)具有等轴细晶双相组织的中锰钢的塑性变形主要受亚稳奥氏体的TRIP和TWIP效应交互作用控制。变形初期存在ε马氏体和形变孪晶出现,随着变形量增加,开始出现变形孪晶交叉,α′马氏体在孪晶交叉部位形核,同时在断裂后显示大量的α′马氏体出现,由于在低应变下ε马氏体与形变孪晶的连续激活以及高应变下的形变诱导马氏体的大量出现导致冷轧中锰钢具有超高力学性能。
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