熱軋超高強(qiáng)汽車板析出行為研究及組織性能控制.pdf

1、隨著國(guó)家節(jié)能減排、綠色環(huán)保政策法規(guī)的逐步建立和實(shí)施，資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)步伐的加快，汽車節(jié)能減排已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題。新能源汽車技術(shù)和輕量化技術(shù)是解決汽車節(jié)能減排的主要舉措。對(duì)于占我國(guó)汽車產(chǎn)量30％的重載汽車而言，輕量化技術(shù)是目前重載汽車節(jié)能減排最快速有效的技術(shù)措施。重載汽車車身材料70％為鋼鐵，國(guó)內(nèi)車廂用鋼和大梁用鋼的屈服強(qiáng)度在350～450MPa之間;而國(guó)外已將屈服強(qiáng)度700MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼板廣泛應(yīng)用

2、于重載汽車制造。因此，采用高強(qiáng)度薄鋼板替代原有的低強(qiáng)度厚鋼板實(shí)現(xiàn)車身輕量化，在降低燃油消耗的同時(shí)能夠提高有效負(fù)載能力和運(yùn)輸效率，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
　　在中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(N090607003)的經(jīng)費(fèi)支持下，本文圍繞Nb-Ti微合金化超高強(qiáng)汽車板的奧氏體高溫變形行為及連續(xù)冷卻相變行為、納米尺度(Nb，Ti)C的析出行為及熱穩(wěn)定性開(kāi)展了基礎(chǔ)理論性研究，并在天津鐵廠1750mm半連續(xù)

3、熱連軋生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了抗拉強(qiáng)度為700MPa級(jí)車廂板、780MPa級(jí)大梁鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)系統(tǒng)地研究了與超高強(qiáng)汽車板應(yīng)用密切相關(guān)的冷成形性能、韌性(沖擊韌性、斷裂韌性）、焊接性能、疲勞性能及耐磨性能。論文的主要研究工作及創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)利用熱模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)單道次壓縮實(shí)驗(yàn)研究了實(shí)驗(yàn)鋼奧氏體高溫變形行為，分析了變形工藝參數(shù)對(duì)變形抗力的影響，并建立了實(shí)驗(yàn)鋼的變形抗力模型，研究了鈮和鈦對(duì)奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的影響規(guī)律。分析認(rèn)

4、為，高溫析出的鈮和鈦的碳氮化物對(duì)位錯(cuò)和晶界的釘扎作用、固溶鈮的溶質(zhì)拖曳作用抑制了奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，提高了奧氏體再結(jié)晶終止溫度。
　　(2)利用熱模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)研究了奧氏體連續(xù)冷卻過(guò)程中的相變行為，建立了實(shí)驗(yàn)鋼在900℃下的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)CCT曲線，研究了變形、微合金元素鈮和鈦在連續(xù)冷卻相變過(guò)程中的作用。
　　變形促進(jìn)了鐵素體相變并細(xì)化了鐵素體晶粒;實(shí)驗(yàn)鋼的珠光體相變滯后于鐵素體相變，故變形通過(guò)促進(jìn)鐵素體轉(zhuǎn)

5、變間接影響珠光體相變;變形對(duì)貝氏體相變的作用取決于貝氏體相變前是否有鐵素體相變，若存在鐵素體相變，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)自由能降低、未轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性提高，進(jìn)而抑制貝氏體相變;若不存在鐵素體相變，變形促進(jìn)貝氏體相變。固溶態(tài)鈮抑制鐵素體相變，而固溶態(tài)鈮和鈦可促進(jìn)貝氏體相變。當(dāng)納米尺度(Nb，Ti)C領(lǐng)先于鐵素體形核時(shí)，降低了固溶鈮對(duì)鐵素體相變的不利影響，促進(jìn)鐵素體相變;但由于析出形核消耗了少量的鐵素體形核點(diǎn)，因而不利于鐵素體晶粒細(xì)化。
　　

6、(3)利用熱模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，揭示了變形、冷卻速度、等溫溫度對(duì)納米尺度(Nb，Ti)C析出行為的影響規(guī)律，研究了沉淀析出與鐵素體相變、貝氏體相變之間的影響機(jī)制。通過(guò)等溫?zé)崽幚韺?shí)驗(yàn)討論了納米析出物的熱穩(wěn)定性。
　　變形提高了納米析出(Nb，Ti)C的形核率并細(xì)化了析出物尺寸。變形促進(jìn)了空位形核，導(dǎo)致冷卻速度小于5℃/s時(shí)在原奧氏體內(nèi)亞晶界附近形成(Nb，Ti)C無(wú)析出帶，無(wú)析出帶的寬度隨冷卻速度增大而減小。冷卻速度達(dá)到15℃/s時(shí)可完全

7、抑制析出物在冷卻過(guò)程中形核。由于鐵素體相變和沉淀析出之間存在爭(zhēng)奪奧氏體中缺陷的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，所以這兩種相變行為相互制約;貝氏體相變有效凍結(jié)奧氏體中缺陷，因而促進(jìn)沉淀析出。沉淀析出受到形核驅(qū)動(dòng)力和原子擴(kuò)散能力的共同影響，導(dǎo)致(Nb，Ti)C析出峰值溫度點(diǎn)出現(xiàn)在550℃。納米尺度(Nb，Ti)C在500～660℃溫度區(qū)間具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。
　　(4)利用透射電子顯微鏡觀察金屬薄片樣品和碳萃取復(fù)型樣品，分析了工業(yè)試制的超高強(qiáng)汽車板中的析出

8、物，確定了超高強(qiáng)汽車板的強(qiáng)化機(jī)制。
　　700MPa級(jí)車廂板和780MPa級(jí)大梁鋼的微觀組織分別以超細(xì)鐵素體和貝氏體鐵素體為主，鐵素體或貝氏體鐵素體基體中含有大量彌散析出的尺寸在3～20nm的近似圓形析出物(Nb，Ti)C，該尺寸范圍內(nèi)10nm以下析出物所占比例達(dá)到90％，其形核機(jī)制以位錯(cuò)形核為主。超高強(qiáng)汽車板的強(qiáng)化機(jī)制主要為析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化，析出強(qiáng)化貢獻(xiàn)量達(dá)到300MPa左右。
　　(5)通過(guò)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)、擴(kuò)孔實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了

9、超高強(qiáng)汽車板的冷成形性能;利用低溫沖擊實(shí)驗(yàn)、CTOD實(shí)驗(yàn)確定了超高強(qiáng)汽車板的韌性;采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)鋼的焊接實(shí)驗(yàn)，解釋了顯微組織、M/A島等對(duì)韌性的影響規(guī)律，確定了實(shí)驗(yàn)鋼的焊接工藝。
　　超高強(qiáng)汽車板具有優(yōu)良的冷成形性能;實(shí)驗(yàn)鋼的低溫沖擊韌性與國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)產(chǎn)品持平，達(dá)到歐標(biāo)EN10149-2性能要求，并具有良好的抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力;超高強(qiáng)汽車板具有良好的焊接性能，減小有效晶粒尺寸、提高大角度晶界比例、細(xì)化M/A島尺