PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 胡智评 学号

1410209 二级学科 材料加工工程 导师姓名 许云波 论文题目 高性能中锰钢的形变热处理工艺及组织性能研究 论文研究方向 汽车用先进高强钢 论文关键词 中锰钢;

双退火工艺;

快速加热工艺;

深冷轧制;

奥氏体稳定化;

奥氏体稳定 性;

TRIP 效应;

加工硬化;

锰元素配分;

微观组织;

力学性能 论文摘要(中文) 高强减薄 是当前汽车用钢的发展方向,开发高强度、高塑性的先进高强钢能有效的降低能源 消耗并提高安全性能.

中锰钢凭借其较低的合金成本及良好的综合性能,被认为是最有可能成为新一 代汽车用钢的主力钢种之一.目前,中锰钢的研究重点主要集中在常规临界区铁素体和奥氏体双相组 织调控、合金成分和逆转变退火工艺优化影响以及组织性能之间的对应关系等方面,对于轻质元素铝 添加形成的含 δ 铁素体中锰钢以及更易于工业化的 低锰含量 中锰钢的组织演变规律和关键力学性 能的研究相对匮乏.为此,本文以含 δ 铁素体中锰钢及 3%Mn 中锰钢为研究对象,系统研究不同形变 热处理工艺下材料组织性能的变化规律,重点阐述典型显微结构、临界区锰扩散行为、奥氏体稳定化 及稳定性、塑性变形过程 TRIP 效应及加工硬化行为等微观事件之间的相互关系及其科学机理,实现高 性能、低成本、易工业化新型中锰钢合金化路线和工艺设计,为中锰钢突破现有理论和工业化技术局 限性提供新的思路.本文的主要内容及研究结果如下: (1)系统研究了不同热处理工艺下热轧含 δ 铁素体中锰钢的组织性能变化规律.阐释了 δ 铁素体 的形成对碳、锰元素配分动力学的积极作用,揭示双退火工艺下奥氏体的晶粒尺寸、形貌特征、分布 状态及室温稳定性与实验钢力学性能之间的依赖关系.研究结果表明双退火下块状奥氏体的获得有效 的改善了拉伸变形中 TRIP 效应,持续、渐进的 TRIP 效应提供较高的加工硬化率,起到强化实验钢的 效果,经过双退火后实验钢的强度提升约

200 MPa. (2)系统研究了临界区轧制温度对 δ 铁素体中锰钢热轧态组织、热处理组织、奥氏体状态、锰元 素配分行为、TRIP 效应以及加工硬化行为的影响规律,重点探究临界区退火过程碳、锰元素配分的影 响因素以及不同稳定性奥氏体的 TRIP 效应特征.研究结果表明,热轧过程中较高的临界区轧制温度促 进碳、锰元素由粗大 δ 铁素体向原始奥氏体的配分,提高热轧淬火后组织中马氏体的碳、锰元素浓度;

同时较高的原奥氏体内的元素富集降低了实验钢的 Ms 点, 进而细化淬火后的马氏体板条. 热轧后富碳、 富锰且板条细小的马氏体基体决定了后续临界区热处理组织中逆转奥氏体的高稳定性.过高稳定性的 奥氏体在塑性变形过程中 TRIP 效应进行缓慢,不利于强度提升.反之,较低临界区轧制温度决定了热 处理后奥氏体适当的稳定性及晶粒尺寸,保证了塑性变形阶段积极 TRIP 效应的发生. (3)对冷轧含 δ 铁素体中锰钢不同热处理工艺下组织性能进行研究,阐释了热处理工艺对奥氏体 稳定化、室温奥氏体稳定性以及强韧化行为的影响机理.研究结果表明,高温淬火-低温回火工艺促进 碳元素配分行为,提高奥氏体内富碳程度,进而提高其稳定性.然而高温淬火后大晶粒奥氏体的形成 导致了 TRIP 的过早发生.双退火工艺中奥氏体依靠更高的碳、锰元素富集程度及双形态(块状及板条 结构)的组织特征在拉伸变形过程中提供持续的 TRIP 效应,大幅度提高实验钢的综合力学性能. (4)探究逆转变退火过程加热速率对冷轧 δ 铁素体中锰钢显微结构的影响规律.研究结果表明, 快速加热工艺下奥氏体优先快速在基体缺陷(马氏体边界或组织内亚结构)处形核长大,随即铁素体 进行再结晶.升温阶段,快速加热能够有效保留了大量冷轧形变储能及高密度位错,促进了锰元素的 配分行为及奥氏体稳定性,合理的奥氏体稳定性和渐进的 TRIP 效应保证了实验钢获得良好的塑性.还有,大块奥氏体在变形过程中进行 TRIP 效应形成马氏体,导致单位应变下大量新位错的产生,位错的 交互作用能够有效提高实验的抗拉强度. (5)系统研究冷轧 3%Mn 中锰钢的组织性能的变化规律.阐释不同热处理工艺下组织结构、铁素 体状态、奥氏体含量、锰元素配分行为、TRIP 效应及加工硬化行为之间的关联机理,重点分析双退火 ―2― 工艺下 双形态 的奥氏体的形成及富锰化机制.研究结果表明,双退火工艺中高温淬火阶段促进锰 元素的配分行为,为后续淬火后保留的奥氏体提供了较高的锰浓度梯度,促进二次退火过程中锰元素 的再配分;