摘要
中锰钢合金元素含量较低且具有优异的强塑积，因而被视为最具发展前景的第三代汽车用高强钢。本文制备了一种新型的含V热轧中锰钢，其成分为：Fe-10.2Mn-1.98Al-0.4C-0.61V(wt.%)。研究了不同热处理工艺下中锰钢的微观组织及力学性能的演变规律；分析了不同热处理工艺对中锰钢奥氏体稳定性、元素配分行为、以及强化机制的影响，为中锰钢的制备及发展提供了一定的理论指导。研究取得的主要结果如下： 首先，研究了临界退火温度和退火时间对热轧中锰钢组织及力学性能的影响，临界退火工艺又称作一步退火。结果表明，奥氏体晶粒尺寸及元素含量均为奥氏体稳定性的影响因素。部分不稳定的奥氏体在冷却过程中会转变为马氏体，且随着退火温度的升高和退火时间的增加，平均奥氏体晶粒尺寸增大及C、Mn含量的减少均会降低奥氏体稳定性，但晶粒尺寸对奥氏体稳定性影响较小。由于临界退火后奥氏体形态单一，无法通过调控奥氏体形态对奥氏体稳定性进行调控，奥氏体稳定性差异较小导致其体积分数成为决定其力学性能的关键因素。足够多的奥氏体晶粒发生马氏体相变才能持续的提供TRIP(Transformation-inducedplasticity)效应从而获得优良的强度-延性组合；热轧引入的位错在变形过程中会发生位错缠结，以及钒碳化物颗粒对位错进行钉扎使实验钢屈服强度有所提高，其力学性能的最优组合为屈服强度725MPa、抗拉强度1160MPa以及伸长率20.1%。一步退火钢有明显的屈服平台，即Lüders带的形成与传播，且粗奥氏体体积分数越大，Lüders带的形成与传播越容易。 其次，研究了淬火+临界退火不同时间对热轧中锰钢组织及力学性能的影响，淬火+临界退火工艺又称作两步退火。两步退火后形成了具有不同稳定性的两种形态的奥氏体，块状奥氏体稳定性低，在小的应变下就会启动TRIP效应，当应力集中达到临界值后，诱导稳定性高的板条状奥氏体发生马氏体相变。随着变形量的继续增加，细小的铁素体晶粒以及钒碳化物析出对位错的钉扎，引起的高应力集中诱导了TWIP(Twinning-inducedplasticity)效应从而抑制了TRIP效应。合适的奥氏体稳定性和奥氏体体积分数诱导多种强塑化机制的共同作用，使两步退火钢获得了优异的力学性能，对应的屈服强度、抗拉强度及断后伸长率分别为620MPa，1512.7MPa及27%。随着两步退火时间的增加，奥氏体稳定性降低，在较小的应变下奥氏体快速消耗会产生强烈的TRIP效应，从而加速Portevin-LeChatelier(PLC)带的产生与传播；PLC带的传播在拉伸曲线上表现为强烈的锯齿状波动。 最后，利用原位拉伸实验观察分析了中锰钢的组织演变过程，对比了一步退火和两步退火对塑性失稳行为的影响。结果表明，晶粒取向为lt;111gt;的奥氏体晶粒更易于发生马氏体相变，且相变马氏体优先在原有的马氏体晶界处形核及长大，适当体积分数的马氏体有助于TRIP效应的发生。一步退火钢的拉伸曲线上有屈服平台和锯齿状波动，C型锯齿明显；大体积分数的马氏体以及位错的减少会抑制Lüders带的形成与传播，因此两步退火试样中屈服平台长度较短，且两步退火后低稳定性的奥氏体快速相变产生了大的加工硬化，导致了A型锯齿的大量产生。
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