低碳铁素体马氏体型.ppt

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1、低碳铁素体马氏体型复相钢,汽车用高强度钢的性能要求： 高的强度 好的成形性 好的焊接性能 高的抗冲撞性能,Introduction,Elongation: e (%),MART,IF,BH,Mild,IS,IF,TRIP,DP,CP,HSLA,CMn,200,400,600,800,1000,1200,10,20,30,40,50,70,60,High Strength Steels,AHSS,Ultra High Strength Steels,Low Strength Steels,Conventional HSS,Lower Yield Strength: s (MPa),technic

2、al economical ecological,needs, ULSAB-AVC,Classification of steel grades,提高钢板性能的方法位错运动与变形,在纯铁中，由于位错的存在，很容易进行变形，所以，铁有好的成形性。,提高钢板性能的方法间隙原子的作用,极低的碳、氮含量，加入钛等微量合金元素，有极好的成形性,提高钢板性能的方法固溶强化,一定量的碳、氮含量，加入价廉的硅、锰元素，强度水平为440MPa,提高钢板性能的方法沉淀硬化,含有一定量的碳、氮，加入钒、钛、铌等微量元素，形成碳化物，强度水平为780980MPa,高钢板性提能的方法弥散硬化,若通过控制轧制，使钢中析出

3、弥散的钒、钛、铌等碳化物，强度水平为1470MPa,高钢板性能提的方法多相组织(双相钢),硬的马氏体相和软的铁素体相共存， 使双相钢具有高强度和好的成形性,提高钢板性能的方法多相组织（TRansformation-Induced Plasticity 钢）,钢中存在一定量的残余奥氏体，在变形时，残余奥氏体应变诱发马氏体相变，使钢具有高强度、好的成形性和抗冲撞性能,提高钢板强度的方法： 形变强化 固溶强化（锰钢、P钢） 沉淀强化（含Ti、Nb、V） 组织强化： 提高碳量（增加珠光体） DP钢（铁素体+马氏体） TRIP钢(铁素体+贝氏体+残余奥氏体) 马氏体时效钢（马氏体）,引 言 钢材强韧性对

4、立矛盾的变化关系给予人们调节构件力学性能以很大困扰，因为提高强度是以牺牲塑性作为代价的。无疑复相钢的发现与应用具有很大理论和实际意义。长期以来，汽车制造中的许多冲压部件采用普通低碳钢，为减轻汽车自重，要求以较薄的高强度低合金钢板来代替较厚的低强度普通低碳钢板，但采用高强度低合金钢以后，虽然强度有了增高，却使塑性、冷塑性形变成型性变坏，例如15钢，s=230 MNm2，b=380 MNm2，s不低于27，而16Mn钢当s=350 MNm2，b=520 MNm2，s低于21，未能很好的满足冲压成型要求。,随着现代工业的快速发展，世界能源与环境问题显示危机，造成探求高强度、高塑性钢材的紧迫感，于是发

5、展了在铁素体基体上分布着马氏体岛的复相钢，这种钢具有优异的强度、韧性和冷形变成型性的配合，拿C01的SiMn钢来说，s=305 MNm2，b=603 MNm2，s达到28，用于汽车制造，可以较好的解决高强度低合金钢不易冲压成型的矛盾。,低碳铁素体-马氏体型复相钢设计思路 复相钢性能要求 所要设计的钢种主要用以制造机动车的形变成型件，如车门、车身外面板、挡泥板和轮圈等，要求具有以下的性能：(1)首要的是优异的冷形变成型性，即要求具有低的屈服极限，高的抗拉强度，不出现明显的屈服反应(在应力应变曲线上不出现明显的屈服点)，高的均匀应变量和断裂应变量，高的应变硬化指数n值以及高的塑性应变比值R；(2)

6、高的形变加工硬化率d/d，从而可使板件厚度越小，而形变后的强度却越高；，(3)好的可焊性。除此以外，钢的生产成本应尽可能低廉。,冷形变加工组织的设计 根据钢的组成相强度与塑性、韧性间的变化规律可以看到，单相组织钢材所具有的强韧性搭配是很难以满足上述要求的。如果某种钢是由这样的两个组成相组合成的，即其中一个组成相具有高的强度，而另一个组成相则具有高的塑性，以及高的韧性，亦就是一个相能保证钢材具有承受外加裁荷能力，另一个相可赋予钢材以高的塑变能力，高的冷形变成型性，那么这种钢就完全有可能获得所预期的优异搭配的强韧性。它们的组合方式可以高塑性、韧性相作为钢的基体，而以高强度相充当第二相，且呈孤岛状的

7、均匀分布于基体上。钢的强度和塑性、韧性的具体配合可以按性能要求通过两个相的体积分量来调节。无疑这是一个非常令人响往的设想，因为这种复相组织可具有优异的冷形变成型性。,(1)复相钢主要由铁素体和位错马氏体所组成，并以铁素体作为钢的基本组成相，它约占8090体积分量； (2)为使铁素体基体提供出高塑性、韧性和形变成型性的性能，铁素体相应尽可能的不为C、N原予所沾染，使它形成一个实际上不间隙固溶C、N的净化相；但又使其具有一定的承受外加载荷能力，允许采用置换固溶强化、位错强化机制来改善其强度； (3)尽可能使基体处于细小的等轴状晶粒状态； (4)在铁素体内应包含着较高密度的位错，且有高可动性；,(5

8、)间隙固溶毕竟是一个强化效应最为显著的强化机制，为使位错马氏体具有较高强度，因此让位错马氏体间隙固溶一定量的C；但要注意到，不能因此而使钢的塑性、韧性和形变成型性受到很大的削弱，例如控制马氏体C含量不超过0.30，微量的孪晶马氏体还是可以接受的；马氏体系以几何形状的孤岛方式分布于基体上，其尺寸与岛状间距应受到控制。 (6)避免第二相化合物的沉淀，即避免基体中位错的滑移受到阻挡；如果有第二相粒子，则一要它均匀分布，二耍防止偏聚于两个组成相的间界面上。,因此所设计复相钢的形变加工组织是，细小晶粒、具有较高密度位错、等轴状净化C、N的铁素体和在铁素体基体上均匀分布着岛状的位错马氏体的混合组织。所以这

9、种钢也就称为铁素体马氏体复相钢。构件的使用组织乃为冷轧后的形变组态。,用钢成分的设计 由冷形变加工组织设计可知，基体相应为不含间隙固溶C、N原子的净化铁素体相。另一个相为位错马氏体，C集中于马氏体内。若要求具有这种复相组织的钢的屈服强度接近于高强度低合金钢，如450MNm2，。已知退火铁素体的屈服强度为180MNm2：，铁素体体积分量取80，马氏体体积分量则为20，根据混合定则可以推知，钢中马氏体的屈服强度便应达到1530MNm2，这相应的要求马氏体含有0.40的C量；因此这种复相钢的C含量可定为0.08。若要求取得更高的屈服强度便可使钢有更多些的C量，即将马氏体的固溶C量增多些，或者适当的增

10、高马氏体体积分量。 0.2 M0.2Vm+F0.2VF,钢的合金化选择是从以下五个方面的需求来考虑的：置换固溶强化，主要为提高铁素体基体的强度；扫除铁素体基体中的间隙固溶原子，从而取得净化C、N的铁素体；提高钢的马氏体淬透能力；扩大十的温区以改善热处理工艺性能，细晶粒的获得。 成分设计表明，本复相钢居于低碳量，即0.2的C，主加元素为Si、Mn和Mo;其中Si1.50，1.01.5Mn，0.25 0.6Mo；副加元素可有Cr，V，Al和P等。,铁素体马氏体复相钢的几种类型 (1)Si-Mn系；如0.07C，1.1Si，1.75Mn，0.045Al，外加稀土金属；热轧后板卷连续退火，s330MN

11、m2，b620MNm2，总伸长率33。 (2)Mn-Si-Mo系；属于这种类型的钢种比较多，C含量在0.05一0.10范围内，比较多的是0.050.06，Mn量为1.01.40，Mo量为0.250.60，现在已不用Cr。一般直接由热带钢轧机轧制而成，不另外进行热处理。如0.09C，1.40Mn，1.40Si，0.70Cr，0.60Mo，0.02Al，热轧制成复相钢板卷，钢板厚度约为2.0-5.0mm，s305MNm2，b603MNm2，28，R0.78，晶粒度为10级(ASTM)。,(3) Mn-Si-V系；如0.11C，1.5Mn，0.6Si，0.06V。 (4) Mn-Si-P系；如0.0

12、6C，1.0Si，0.7Mo，0.10P；于560卷取；进行750800加热，喷气冷却到500以下，水冷，经200回火，s275533MNm2，b420700MNm2，2638，R1.041.25，n0.150.19。,一般的复相钢P、S量控制在0.010.07内。 目前复相钢是一个正在发展的钢种，各国有自己钢种系列，钢的成分都在逐步地修正和补充。,F-M复相钢制备工艺特点 一、热处理双相钢 二、热轧双相钢,所得到的复相钢组织结构具有如下特点： (1)细小晶粒的铁素体，铁素体实际上不存在间隙固溶原子，在基体上也没有第二相沉淀粒子。铁素体的强化是通过细化晶粒、较高密度位错和置换固溶来实现的。以S

13、i、Al的置换固溶又净化C、N的。位错来源于的协作切变和相变体积效应对的约束塑变的作用。其中位错没有沉淀相质点或间隙原于的钉扎，是可动的。 (2)呈岛状的位错马氏体既有较高强度又有较好的韧性，岛间距不至于很大，马氏体岛还有两个作用：一通过相变强化作用使铁素体引入较高密度位错；二在开始破断时迫使裂纹走向曲折，并使裂纹始终沿界面在一侧内扩展；前者有助于复相钢强度的增高与成型性的改善，后者则使钢提供出好的塑性和成型性。,(3) 间是高度粘合的，在其间没有第二相粒子的偏聚，即没有出现减聚现象，铁素体可以将载荷作用安全地传递到马氏体相。 (4)低碳的位错马氏体与铁素体有着相同的点阵构造，又具有相同的弹性

14、模量，故在弹性应变范围内，不致发生局部的应力集中。 实际上复相钢的组织不止是双相，除和外，还可能出现珠光体和残余奥氏体，以及碳化物，所以它的组织还是比较复杂的，是由多个相组成的。,低碳铁素体-马氏体型复相钢组织与性能变化规律 F-M复相钢强韧性变化特点,复相钢的强韧性具有以下特点： (1)复相钢的强度主要由马氏体体积分量、铁素体晶粒尺寸以及铁素体本身的强度三者所决定，铁素体本身的强度则依靠位错强化和置换固溶强化的作用。 (2)复相钢的塑性、韧性和成型性主要取决于铁素体的性质，在很大程度上这是铁素体净化间隙固溶原子所导致的。 (3)各种相同强度的复相钢之间，铁素体强度高的钢具有较大的塑性。 (4

15、)复相钢的强度和塑性变化规律可近似地沿用纤维强化复合材料的理论计算公式,F-M复相钢的应力应变曲线 铁素体马氏体复相钢的应力应变曲线包含以下的特性：(1)应力与应变的变化始终相互对应，不显示屈服效应；(2)与相同抗拉强度的普通高强度低合金钢相比较，它的屈服强度低，因而bs比值较高；(3)在抗拉强度相等时，复相钢的延伸率比普通高强度低合金钢为高；(4)在延伸率相接近时，复相钢的抗拉强度高得多，有的可超出一倍以上；(5)复相钢具有较高的形变硬化指数n值；(6)高的弹性模量E值。,强度与马氏体体积分量的关系 低碳铁素体马氏体复相钢的强度主要取决于马氏体休积分量，而与其C含量无关，强度与马氏体体积分量

16、具有线性变化关系。试验数据分布还比较分散，这与没有把铁素体晶粒尺寸和铁素体强度变化作用考虑进去有关，无论如何强度与马氏体体积分量问的线性变化趋势是十分明显的。因此复相钢的屈服强度和抗拉强度可通过下示式子来估算，0.2与b都是正比于马氏体量(M)的： 0.2 (MNm2)103十1.11M b (MNm2)365十16.3M,(1)复相钢在全部应变中均表现出较高的应变硬化；(2)成分有很大差异的复相钢的应变硬化性质无甚差异；(3)通常的几种钢，包括高强度低合金钢的应变硬化在很宽的应变范围内都低于复相钢；(4)这些钢种和复相钢的应变硬化与应变间的关系都相类似，因此并不直接的与应变硬化机制有关。 复

17、相钢的高强度和高塑性在承受低周疲劳载荷时，显然它的疲劳极限高于高强度低合金钢,铁素体基体晶粒细化的作用 前述结果表明，复相钢(十)的抗拉强度给定时，提高铁素体强度能改善钢的塑性，即提高u或n值。除开马氏体体积分量外，另一个影响复相钢强度的因素是铁素体晶粒尺寸。 实验结果表明：（1）Nb可细化晶粒；（2）Mn和Nb同时加入钢中，Mn量增至1.5%时，细化晶粒效果显著；(3)Mo的细化晶粒作用不大；(4)Mn量从0.72增至1.48，钢的马氏体量随着增多。 P和Si是有效的强化铁素体元素。随着铁素体中P和Si量增多，强度提高，对塑性影响不大；复相钢具有比普通的高强度低合金钢更为良好的强韧性配合。在

18、铁素体晶粒尺寸一定时，铁素体的置换固溶强化能改善复相钢的强韧性，以及成型性。,F-M复相钢的断裂行为与韧性 复相钢主要是由等轴状铁素体和20的条状位错马氏体岛所组成的。复相钢的这种组织特点有其自己的断裂方式，在受到外加载荷时，复相钢的形变首先发生于铁素体，于一定形变量以后，铁素体基体上的形变才越过相界面而传递到马氏体中去，从而引起马氏体岛的形变。铁素体与位错马氏体均属韧性相，有高的应变能力，在较大的应变范围内，两相的应变与应变强化之间能保持平衡，能延迟颈缩的产生，因此复相钢在形变时应变的分布是较均匀的。局部地区的应力集中不会很高。当形变量很大时，于是在氧化物间界面上，或者铁素体与马氏体岛的间界

19、面上萌生微孔，形成裂纹核心，在外力的继续作用下，裂纹核心以解理方式向铁素体内扩展，裂纹扩展而遇到马氏体时，常改变裂纹扩展走向，沿着铁素体马氏体界面在铁素体一侧扩展，裂纹核心也可以以准解理方式向马氏体内扩展然后又以解理方式通过铁素体；造成断裂。,复相钢理论研究的近期成就 复相钢具有优异的加工硬化性能近年来在众多的复相钢理论研究中，最为成功的是它的加工硬化性能的理论解释现在以为M-A岛是难以形变的，当形变量1时，加工硬化主要是由于Orowan环对位错源的反作用力所引起的，可有： i十f 3/2 式中f为MA岛的体积分量当形变量大时，加工硬化便由几何必需位错所决定，当MA岛的直径d保持不变，增多f将提高b和d/d，但塑性降低；如若f恒定，减小d，对b没有影响，但增大d/d和塑性所以强度的提高依靠M-A岛量的增多，而d/d和塑性的改善则取决于岛的尺寸减小这个论点对复相钢的开发利用是很有指导意义的,F-M复相钢的应用,740淬火 760淬火,820淬火 840淬火,10#钢,08VTiRe,740淬火 780淬火,绿色件：CP800 红色件：DP600 蓝色件：TRIP700,