含Nb高锰钢的组织与性能研究

论文摘要

为适应现代汽车减重、节能和安全舒适等特点,近年来新开发的含15～25%Mn、2～4%Si、2～4%Al的高锰钢显示出极高的延伸率（60～95%）和高的强度（600～1100MPa）,在汽车制造业中有广泛的应用前景,其优良的力学性能来自于变形过程中的孪生诱发塑性效应（Twinning Induced Plasticity,TWIP效应）或马氏体相变诱发塑性（TransformationInduced Plasticity,TRIP效应）。尽管Mn、Si、Al对TWIP钢的显微组织及其性能的影响已有较多的研究,并且Nb对TWIP钢组织与性能的影响也有一定的研究,但是对TWIP效应和TRIP效应的机制尚未充分揭示。本文设计了不含铌和含铌的两种TWIP钢,通过力学性能测试,结合光学显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等表征技术,探讨Nb元素对TWIP钢层错能和力学性能及显微组织的影响,并对TWIP钢中的TWIP效应机制、马氏体相变方式进行了较为系统的研究,主要结论如下:（1）计算Fe-Mn-Al-C合金的层错能,并分析加入合金元素Si或Nb对合金层错能的影响,其中Si元素的加入降低实验钢的层错能,而加入Nb元素可以提高钢的层错能。（2）对不含Nb和含Nb两种实验钢进行热轧实验,并进行固溶处理,获得热轧状态和固溶处理状态下的合金,分析比较固溶处理对实验钢力学性能和显微组织的影响。发现经过固溶处理后,两实验钢的抗拉强度和屈服强度均降低,而塑性升高。（3）随固溶处理温度的升高,不含Nb与含Nb实验钢的屈服强度和抗拉强度均降低。当固溶温度达到较高的1200℃时,含Nb实验钢塑性继续增加,而不含Nb实验钢由于组织粗化塑性略有降低。这主要是由于Nb使钢组织中的退火孪晶的数量和尺寸继续增加。经计算,Si元素可以降低合金的层错能,Nb元素的加入可以提高合金的层错能。实验结果表明,不含铌实验钢变形过程中主要发生TRIP效应,而含铌实验钢变形过程中主要发生TWIP效应,并且Nb元素有细化晶粒的作用,提高实验钢的屈服强度。随着固溶处理温度的升高,两种成分实验钢的抗拉强度降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高锰钢的发展及研究现状
• 1.3 TWIP效应的提出
• 1.4 影响 TWIP效应的因素
• 1.4.1 合金元素的影响
• 1.4.2 热处理的影响
• 1.5 TWIP/TRIP钢的生产工艺
• 1.6 热/冷轧型TWIP/TRIP钢性能特点
• 1.7 TRIP钢概述
• 1.8 TRIP/TWIP钢的力学性能
• 1.9 本文研究的目的、意义和内容
• 1.9.1 研究的目的、意义
• 1.9.2 研究的内容
• 第二章 实验钢层错能计算
• 2.1 引言
• 2.2 合金成分设计
• 2.3 层错能
• 2.3.1 层错能的概念和定义
• 2.3.2 层错能的计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 热轧实验钢的拉伸性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 制备拉伸试样
• 3.2.2 金相观察
• 3.2.3 X射线衍射分析
• 3.2.4 拉伸断口组织的观察
• 3.2.5 TEM观察
• 3.3 实验钢的热轧和固溶处理实验
• 3.3.1 NO.l实验钢的热轧和固溶处理实验
• 3.3.2 N0.2实验钢的拉伸组织与力学性能
• 3.3.3 Nb元素的作用
• 3.4 分析讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 固溶处理温度对实验钢的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 实验材料和固溶处理工艺
• 4.2.2 No.1实验钢的力学性能
• 4.2.3 No.2实验钢力学性能
• 4.2.4 显微组织观察
• 4.2.5 断口形貌
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢