冷軋壓下量對TW IP鋼組織和性能的若干影響

【摘 要】伴隨著科學技術的進步和現代化生產的發展，對于鋼材的需求量正在逐年上升。本文主要研究了不同冷軋壓下量對TW IP鋼組織和性能的若干影響。通過綜合對比，分析和總結得出實驗性研究結果，當冷軋壓下量為65.0% 經1000℃退火后，變形時孿晶誘導塑性鋼板的拉伸強度就達到了650MPa，當然，屈服強度也升高到了260MPa，其他各方面性能也在不同程度上有所提高，力學性能表現良好。要想使鋼板具有較好的力學表現，就要使得鋼板在拉伸變形過程當中能夠出現大量的形變孿晶，發生了TWIP效應—孿晶誘發塑性效應。

【關鍵詞】冷軋壓下量；退火溫度；TW IP效應；孿晶

目前，全球正在應對能源危機帶來的各種社會問題。石油資源的逐年減少，國際油價的波動給汽車制作業帶來了巨大的挑戰。減低汽車的能源消耗的研究是一個需要迫切解決的問題，其中一個主要的研究方向是采用高強度，甚至是超高強度的鋼板。汽車制造業要求生產出更加輕量型的安全又低能耗的汽車，無論是國內自主品牌的開發，還是很多國際大品牌，都在努力地促進汽車工業對鋼鐵工業的需求。在現階段的生產狀況下，我國汽車用鋼嚴重不足，消費需求量大，增加更多的鋼鐵制造產業和生產工廠勢在必行，國際間相互合作，從品牌到品質的提高，給汽車用鋼提供更加優質的技術支持。如今，人類對于變形時孿晶誘導塑性鋼板的研究工作仍處于初級階段，很多新的技術和方案還在研究探討過程當中，想要更加深入的研究變形時孿晶誘導塑性鋼板，對其組織變化規律和力學性能的有更多的了解。本文對不同冷軋壓下量的TW IP鋼組織和性能進行了實驗，初步探討了TW IP鋼高強度高塑性的加工工藝，為開發綜合性能良好的高強度，高塑性鋼提供參考。

1.冷軋技術和TW IP鋼性能

冷軋技術其實指處于常溫時由熱軋板加工而成，其實質是熱軋經過連續的冷變型而成的冷軋。在19世紀中期，德國就出現了冷軋鋼技術，隨后，美國人發明了25mm的冷軋機。隨著技術的不斷更新，冷軋鋼的寬度也在不斷地增大。我國的冷軋寬帶鋼技術大概是在1960年開始的，在三十年的發展過程中，我國的冷軋鋼生產能力提高了20倍，即使如此，仍遠遠趕不上我過經濟發展的速度，不斷的改進技術，提高生產質量是目前最急需解決的問題。

TW IP鋼在變形時孿晶誘導塑性或通過應變誘導殘留奧氏體轉變為馬氏體鋼經軋制并退火、水淬處理后基體組織為奧氏體，并伴有大量退火孿晶。孿生其實是塑性變形的另一種機制，這個過程中孿晶出現的頻率和尺寸隨著晶體結構和層錯能大小的變化而變化。當晶體因為切應力的作用而發生孿生變形時，其中的一部分就會沿一定的孿生面和孿生方向相對于另一部分作均勻的切變，但是其點陣類型不發生變化，同時它使晶體取向發生變更，變為與未切變區晶體成鏡面對稱的取向。雖然變形部分的晶體位向發生了改變，可是原來處于不利取向的滑移系轉變為新的有利取向，可以進一步激發滑移。如此，孿生與滑移在交替進行時，使TWIP鋼的塑性非常優異。在軋制過程中，孿晶會隨著形變的增加發生轉動，在4個孿生面都會出現堆垛層錯和孿晶，導致孿晶間的相互制約。即使應變量增加，孿晶也不能發生轉動，就會沿軋制面排列。TW IP鋼優異的力學性能在于，孿生誘導塑性在形變中的作用與傳統的概念完全不同。因此在TW IP鋼成分設計上，要求其在形變過程中誘發孿晶，抑制馬氏體相變，從而產生TW IP效應。

2.實驗結果與討論

2.1力學性能測試

退火溫度的不同直接影響鋼板的各項性能，例如鋼塑性與退火溫度的則呈正相關，當退火溫度為900℃時，鋼塑性為65%，退火溫度為1100℃時鋼塑性高達85%，提高了20%，由此可知，若想提高鋼塑性，提高退火溫度是方法之一。鋼的硬度與退火溫度呈負相關，退火溫度小于1000℃時，硬度會發生極大變化，退火溫度大于1000℃時，硬度變化量極小，那么1000℃以上時鋼會進行結晶。而強度與退火溫度成負相關，屈服強度和拉伸強度的下降主要是由于退火溫度的不斷升高導致，有實驗數據表明，屈服強度下降了115MPa，而拉伸強度下降了120MPa。由此可見，退火溫度的不同直接影響著鋼板的各項性能指標。

鋼板的強度隨工藝的不同有明顯的變化趨勢，隨退火溫度的升高強度明顯下降，其中抗拉強度由最高的840MPa降至640MPa，降低了200MPa，屈服強度由575MPa降到了255MPa，降幅達300MPa。可見退火溫度對強度具有重要的影響。鋼塑性的變化也與退火溫度有直接的關系，隨著退火溫度的不斷升高，剛塑性也在不斷地提高，當退火溫度提高到1000℃時，剛塑性能夠達到80%左右，鋼塑性最好的時候達到了84%。可見提高退火溫度可明顯提高鋼的塑性。隨著退火溫度升高硬度明顯下降。退火溫度低于900℃時，硬度變化曲線較陡，硬度變化較大。

綜上所述，不同的冷軋壓下量，變形時孿晶誘導塑性鋼板的各項性能變現均不一樣，其中冷軋壓下量為65.0%的變形時孿晶誘導塑性鋼板的鋼性能達到了最優效果。

2.2光學組織觀察及分析

鋼板經過不同冷軋壓下和不同溫度退火變性的試驗后，在顯微鏡下觀察可發現，退火后，鋼板的性能更好，其組織邊界有明顯的退后孿晶出現，與此同時，還發現一個規律，在同一冷軋變形量下組織晶粒隨退火溫度的升高而增大，有數據表明，由800℃時二等2-3μm增大到1000℃時的20-40μm，1000℃退火后基體中全部都是大塊的退火孿晶。對于不同冷軋變形量的鋼板在相同退火溫度下比較，變形量大的退火后的晶粒要大。孿生變形現象只是使一部分的晶體發生了變化，變形部分和為變形部分其實是對稱的，而且呈現出鏡面對稱的特點。

2.3 X射線衍射分析和透射電子顯微鏡組織觀察

為了進一步分析鋼板變形前后的微觀組織，我們進行了X射線衍射分析實驗以及透射電子顯微鏡微觀組織觀察實驗，經X射線衍射分析，鋼板800℃退火后為體心立方和面心立方的兩種結構組成。投射電鏡微觀組織觀察為多邊形鐵素體和位于鐵素體晶界長大的奧氏體，并且在奧氏體晶粒中有少量的層錯和孿晶存在。孿生變形現象改變了晶體的位相，使晶粒轉動到有利的位置。

2.4討論

結晶溫度的變化主要原因是由于其驅動力的改變，而在再結晶的過程中起驅動力的增大是會直接影響結晶溫度降低，其驅動力增大的原因是金屬畸變導致的，再結晶的過程中隨著變形程度的增加晶體的畸變度也會大大增加，所以可以得出增大變形量能直接降低再結晶退火的溫度，而歲便形量增大可以造成鋼板在退火之后晶體的直接增大，因此要想降低TW IP鋼的退火溫度，就必須增強變形量。

3.結論

目前，TW IP鋼研究主要集中在制造工藝、力學性能、成分設計、以及變形機制與模型等領域。特別是隨著薄帶連鑄流程的日益成熟化，快速凝固技術對TW IP鋼的研究提供了更便利的條件。當冷軋壓下量為65.0 % 經1000℃退火后，變形時孿晶誘導塑性鋼板的拉伸強度就達到了650MPa，當然，屈服強度也升高到了260MPa，其他各方面性能也在不同程度上有所提高，力學表現相當不錯。在隨后的拉伸變形過程中產生大量的形變孿晶，發生了TW IP效應—孿晶誘發塑性效應，使鋼板具有優良的力學性能。

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