熱軋超高強汽車板析出行為研究及組織性能控制.pdf

1、隨著國家節(jié)能減排、綠色環(huán)保政策法規(guī)的逐步建立和實施，資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設步伐的加快，汽車節(jié)能減排已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一項關鍵性研究課題。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。對于占我國汽車產(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，國內(nèi)車廂用鋼和大梁用鋼的屈服強度在350～450MPa之間;而國外已將屈服強度700MPa級超高強鋼板廣泛應用

2、于重載汽車制造。因此，采用高強度薄鋼板替代原有的低強度厚鋼板實現(xiàn)車身輕量化，在降低燃油消耗的同時能夠提高有效負載能力和運輸效率，對國民經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
　　在中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目研究生科研創(chuàng)新項目(N090607003)的經(jīng)費支持下，本文圍繞Nb-Ti微合金化超高強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)定性開展了基礎理論性研究，并在天津鐵廠1750mm半連續(xù)

3、熱連軋生產(chǎn)線實現(xiàn)了抗拉強度為700MPa級車廂板、780MPa級大梁鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，同時系統(tǒng)地研究了與超高強汽車板應用密切相關的冷成形性能、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)利用熱模擬實驗技術(shù)，通過單道次壓縮實驗研究了實驗鋼奧氏體高溫變形行為，分析了變形工藝參數(shù)對變形抗力的影響，并建立了實驗鋼的變形抗力模型，研究了鈮和鈦對奧氏體動態(tài)再結(jié)晶行為的影響規(guī)律。分析認

4、為，高溫析出的鈮和鈦的碳氮化物對位錯和晶界的釘扎作用、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)利用熱模擬實驗技術(shù)，通過連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變實驗研究了奧氏體連續(xù)冷卻過程中的相變行為，建立了實驗鋼在900℃下的靜態(tài)和動態(tài)CCT曲線，研究了變形、微合金元素鈮和鈦在連續(xù)冷卻相變過程中的作用。
　　變形促進了鐵素體相變并細化了鐵素體晶粒;實驗鋼的珠光體相變滯后于鐵素體相變，故變形通過促進鐵素體轉(zhuǎn)

5、變間接影響珠光體相變;變形對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，將會導致系統(tǒng)自由能降低、未轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性提高，進而抑制貝氏體相變;若不存在鐵素體相變，變形促進貝氏體相變。固溶態(tài)鈮抑制鐵素體相變，而固溶態(tài)鈮和鈦可促進貝氏體相變。當納米尺度(Nb，Ti)C領先于鐵素體形核時，降低了固溶鈮對鐵素體相變的不利影響，促進鐵素體相變;但由于析出形核消耗了少量的鐵素體形核點，因而不利于鐵素體晶粒細化。
　　

6、(3)利用熱模擬實驗技術(shù)，揭示了變形、冷卻速度、等溫溫度對納米尺度(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制。通過等溫熱處理實驗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的形核率并細化了析出物尺寸。變形促進了空位形核，導致冷卻速度小于5℃/s時在原奧氏體內(nèi)亞晶界附近形成(Nb，Ti)C無析出帶，無析出帶的寬度隨冷卻速度增大而減小。冷卻速度達到15℃/s時可完全

7、抑制析出物在冷卻過程中形核。由于鐵素體相變和沉淀析出之間存在爭奪奧氏體中缺陷的競爭機制，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，因而促進沉淀析出。沉淀析出受到形核驅(qū)動力和原子擴散能力的共同影響，導致(Nb，Ti)C析出峰值溫度點出現(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型樣品，分析了工業(yè)試制的超高強汽車板中的析出

8、物，確定了超高強汽車板的強化機制。
　　700MPa級車廂板和780MPa級大梁鋼的微觀組織分別以超細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到90％，其形核機制以位錯形核為主。超高強汽車板的強化機制主要為析出強化和細晶強化，析出強化貢獻量達到300MPa左右。
　　(5)通過三點彎曲實驗、擴孔實驗評價了

9、超高強汽車板的冷成形性能;利用低溫沖擊實驗、CTOD實驗確定了超高強汽車板的韌性;采用CO2氣體保護焊進行了實驗鋼的焊接實驗，解釋了顯微組織、M/A島等對韌性的影響規(guī)律，確定了實驗鋼的焊接工藝。
　　超高強汽車板具有優(yōu)良的冷成形性能;實驗鋼的低溫沖擊韌性與國內(nèi)外已開發(fā)產(chǎn)品持平，達到歐標EN10149-2性能要求，并具有良好的抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力;超高強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、細化M/A島尺