新型铝系trip钢的组织和性能分析

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1、新型铝系TRIP钢的组织和性能分析陈宇武钢技术中心，武汉，430080摘要:通过以铝部分代硅，对比分析了0.10%C-0.5%Si-1.0%Al钢和0.16%C-0.5%Si-1.0%Al钢的组织结构和拉伸性能特性。金相观察结果显示，两种材料的金相组织存在明显差异，与具有明显网状铁素体+数量较多的贝氏体的0.1%C钢比，0.16%C钢的金相组织为铁素体+马氏体，铁素体呈均匀等轴分布，马氏体数量适中，对应的抗拉强度也达到了700MPa，屈服强度只有335MPa，相应的屈强比只有0.48；同时，0.16%C钢获得体积分数为2.9%的残

2、余奥氏体，因此，随着抗拉强度由635MPa增加到700MPa时，材料的延伸率不仅没有降低，反而由23%小幅增加到25%。关键词：热轧TRIP钢，铝代硅，碳，屈强比1、前言与传统低合金高强度钢相比，相变诱导塑性（TransformationInduced[1-5]Plasticity）TRIP钢具有更好的强度和塑性等综合性能，而且无需添加铌钛等微合金化元素就可以获得600-800MPa的强度和20-30%的延伸率指标。通常，TRIP钢含有体积分数为5-10%的残余奥氏体，在材料成型过程中，残余奥氏体发生马氏体相变，吸收外界能量，缓解

3、裂纹尖端应力、减缓裂纹扩展，从而提高材料的塑性，可用于强度要求较高的汽车安全部件的冲压成型制造，提高汽车的安全性能，减轻汽车的重量。现行TRIP钢中大多添加1.5%左右的硅来稳定残余奥氏体，但这种相对高的硅含量容易在材料表面形成严重氧化硅，损害材料的表面质量，不利于材料的冲压成型，也不利于材料的镀锌等保护处理。铝元素与硅元素的物理性质相近，都能起到净化铁素体、稳定残余奥氏体的作用，因此，本研究根据“以铝代硅”原理，在材料中添加了1.0%左右的铝含量，以部分代替硅元素，同时保留0.5%的硅含量，并选用了0.1%C和1.5%C两种碳含

4、量，以便优化材料的组织和性能。“以铝代硅”理论和实践，得益于现代冶炼技术的进步，因为，含铝高的钢水粘度高，流动性差，连铸生产过程中容易堵塞水口。2、试验条件材料的实物化学成分如表1所示。表中设计了A、B两种材料的化学成分，A、B钢的碳含量分别为0.10%和0.15%；其铝含量均设定为1.0%，拟代替等量的硅含量，同时，钢中继续保留0.5%的硅含量，使铝硅总量仍保持在1.5%的水平。150表1材料的实物化学成分（wt%）序号CSiMnAlsPSCuA0.0980.541.500.990.0060.00410.006B0.1570.5

5、31.541.050.0090.00450.009材料在50kg真空冶炼炉中进行熔炼，加热温度和处理时间为1700℃×30分钟，在真空浇铸成直径为200～260mm钢锭后，在800mm的两辊可逆轧机上开坯轧制成30mm厚的钢板，随后在450mm的轧机上轧成4mm厚的热轧薄板，其中，最大轧制力为180吨，终轧温度为880℃，冷却方式为水冷+空冷。材料的拉伸性能试验在60吨拉伸试验机上完成，材料的拉伸试样平行步宽度为20mm，标距为50mm，材料的残余奥氏体百分数在RigakuD/Max-2500PC型X射线衍射仪上测量，采用Mo靶辐

6、射。3、试验结果3.1金相组织和残余奥氏体金相观察结果显示，材料A的金相组织为贝氏体+网状铁素体，材料B的组织为铁素体+岛状马氏体，组织中均没有发现珠光体组织，这一结果与组织设计相符合，因为珠光体的渗碳体消耗大量的碳原子，降低残余奥氏体的稳定性。终轧后采用较快的冷却速度，可避免珠光体形成，因此，材料轧制后要求较快的冷却速度。另外，材料A的铁素体晶粒度为12级，B的晶粒度为12.5级，两种晶粒尺寸基本相当，这种细小的晶粒尺寸有利于提高材料的强度和韧性。不同放大倍率下的金相组织观察结果如图1（a）～（d）所示。材料中的残余奥氏体在金相

7、显微镜下无法分辨，可通过X射线衍射仪测试。ab40μm40μm151cd10μm10μm图1材料A、B的金相组织（a）、（c）:材料A；（b）、（d）：材料B采用X射线衍射对残余奥氏体的数量进行了测试，定量计算如公式（1）所[6]示，式中，Vc表示碳化物体积分数，G表示积分因子，Iα为(200)α和(211)α的积分强度，Iγ为(200)γ、(220)γ和(311)γ的积分强度。Vγ(%)=(1-Vc)/(1+G·Iα/Iγ)（1）分析结果显示，材料的A的残余奥氏体的体积百分数仅为0.6%，材料B的数量为2.9%，材料B的残余奥氏

8、体数量明显高于材料A。3.2化学成分显微偏聚利用电子探针对材料B的碳、硅、铝等元素进行了显微成分面分析，其测试结果如图2所示。图2中的4张图片SE、CKa、AlKa、SiKa从左到右依次为材料B的二次电子像、碳、铝、硅元素聚集程度，其中，从图2-C