高强度含铌热轧双相钢组织性能柔性控制研究

论文摘要

随着车体轻量化研究的深入,高强钢在汽车车身中的应用越来越广。双相钢因其优异的力学性能——低屈强比、高初始加工硬化率、良好的强度塑性匹配,是目前应用最多的先进高强度钢之一,符合汽车材料轻量化、高性能、安全、环保、节能的发展主题。本文以高强度含Nb热轧双相钢的研究开发为目的,进行了不同合金系列实验钢的成分设计,研究了各实验钢热变形后的连续冷却过程相变规律,在Gleeble-1500热模拟机上进行了工艺参数对双相组织演变影响的热模拟实验,并以此为基础进行了实验钢组织性能控制的实验室轧制实验,分析讨论了高强度含Nb双相钢的强韧化机理。通过系统研究不同合金成分系列实验钢轧后分段冷却过程相变规律和组织演变,分析了合金元素和工艺参数对双相钢组织演变和力学性能的影响,阐述了双相组织性能控制过程中合金成分设计与工艺控制稳定性之间的关系。低成本简单成分的C-Si-Mn-Nb钢淬透性差,组织演变过程工艺敏感性较强,仅能通过铁素体转变后快冷至250℃低温卷取获得铁素体马氏体双相组织。C-Si-Mn-Cr-Nb钢工艺控制稳定性较强,Cr元素可有效控制贝氏体形态,有利于通过500℃中温卷取获得铁素体贝氏体双相组织,并仅可在550℃空冷卷取获得铁素体马氏体双相组织。高成本复杂成分的C-Si-Mn-Cr-Mo-Nb钢具有良好的工艺控制稳定性,Mo元素有利于通过550～600℃中温卷取亚稳奥氏体稳定化获得铁素体马氏体双相组织,但对于500℃中温卷取铁素体贝氏体双相组织力学性能影响并不明显。通过调整残留亚稳奥氏体转变条件,控制双相组织中强化相形态,提出了高强度含Nb热轧双相钢的组织性能柔性控制技术。对于同一合金成分系列实验钢,调节卷取温度,控制亚稳奥氏体转变产物,可获得具有不同力学性能的铁素体马氏体或铁素体贝氏体双相钢。而对于同一强度级别目标,可根据现场设备能力和工艺控制条件,选用不同成分系列实验钢经相应工艺过程来获得。通过研究高强度含Nb热轧双相钢相变强化、细晶强化、析出强化的复合强韧化机理,描述了铁素体基体与强化相相互作用的显微组织结构特征和双相钢力学性能的关系,分析了不同形态强化相对双相钢连续屈服特性和断裂韧性的影响。相变组织强化是双相钢的主要强化方式,通过强化相与铁素体基体的相互作用,影响两相界面附近铁素体位错状态,降低屈服强度,提高抗拉强度,从而使得双相钢连续屈服,并具有低屈强比、高初始加工硬化率和良好的强度与塑性匹配。与铁素体马氏体双相钢相比,铁素体贝氏体双相钢屈服强度略高而抗拉强度略低,但具有良好的断裂韧性。在相变强化基础上,通过Nb微合金化,发挥Nb的细晶强化和析出强化作用,是提高双相钢强度级别的重要手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 汽车用高强度钢板
• 1.2 双相钢概述
• 1.2.1 国内外研究现状及分析
• 1.2.2 双相钢的化学成分
• 1.2.3 双相钢的组织特征
• 1.2.4 双相钢的性能特点
• 1.2.5 双相钢的生产工艺
• 1.3 铁素体贝氏体双相钢及其强化方式
• 1.3.1 贝氏体和贝氏体相分类系统
• 1.3.2 高强度铁素体贝氏体双相钢强化方式
• 1.4 微合金元素在钢中的作用
• 2 研究内容和技术路线
• 2.1 主要研究内容
• 2.2 研究技术路线
• 2.3 关键技术问题和创新点
• 3 不同合金成分系列实验钢成分设计
• 3.1 双相钢合金化原理
• 3.2 实验钢成分设计及冶炼
• 4 合金元素对相变规律的影响
• 4.1 实验内容和实验方法
• 4.2 各实验钢CCT 曲线及不同冷速下显微组织
• 4.2.1 1＃C-Si-Mn-Cr 实验钢CCT 曲线及不同冷速下显微组织
• 4.2.2 2＃C-Si-Mn-Cr-Nb 实验钢CCT 曲线及不同冷速下显微组织
• 4.2.3 3＃C-Si-Mn-Nb 实验钢CCT 曲线及不同冷速下显微组织
• 4.2.4 4＃C-Si-Mn-Cr-Mo-Nb 实验钢CCT 曲线及不同冷速下显微组织
• 4.3 合金元素对实验钢相变规律的影响
• 4.3.1 Nb 对实验钢相变规律的影响
• 4.3.2 Cr 对实验钢相变规律的影响
• 4.3.3 Mo 和Mn 对实验钢相变规律的影响
• 4.4 本章小结
• 5 工艺参数对双相组织演变的影响
• 5.1 实验内容和实验方法
• 5.2 热模拟工艺参数对实验钢组织演变的影响
• 5.2.1 精轧变形温度和变形量对实验钢组织演变的影响
• 5.2.2 两段水冷间隔保温温度和保温时间对实验钢组织演变的影响
• 5.2.3 模拟卷取温度对实验钢组织演变的影响
• 5.3 本章小结
• 6 控轧控冷过程双相组织与性能柔性控制
• 6.1 实验钢控轧控冷工艺参数
• 6.2 各实验钢的显微组织与力学性能
• 6.2.1 1＃C-Si-Mn-Cr 实验钢显微组织与力学性能
• 6.2.2 2＃C-Si-Mn-Cr-Nb 实验钢显微组织与力学性能
• 6.2.3 3＃C-Si-Mn-Nb 实验钢显微组织与力学性能
• 6.2.4 4＃C-Si-Mn-Cr-Mo-Nb 实验钢显微组织与力学性能
• 6.3 合金元素和工艺参数对实验钢组织与性能的影响
• 6.3.1 合金元素对实验钢组织与性能的影响
• 6.3.2 工艺参数对实验钢组织与性能的影响
• 6.4 热轧双相钢组织与性能的柔性化控制
• 6.5 本章小结
• 7 高强度含Nb 热轧双相钢强韧化机理
• 7.1 相变强化
• 7.1.1 强化相组织对双相钢力学性能的影响
• 7.1.2 相变强化对双相钢变形初始阶段连续屈服特性的影响
• 7.1.3 相变强化对双相钢颈缩阶段断裂特性的影响
• 7.2 细晶强化
• 7.3 析出强化
• 7.4 固溶强化
• 7.5 各种强化作用对双相钢力学性能影响
• 7.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 致谢