Cr对低碳Si_Mn系TRIP钢组织与力学性能的影响

成， 最终获得稳定的残余奥氏体。
关键词： Ｃ ｒ 元素； Ｔ Ｒ ＩＰ 钢； 组织； 性能
中图分类号： Ｔ Ｇ １４２．１＋３
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－３８１４（２００７）０２－００３０－０４
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｒ ｏｎ Ｍｉｃｒ ｏｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃａｒ ｂｏｎ Ｓｉ－Ｍｎ ＴＲＩＰ Ｓｔｅｅｌ
试验钢 屈服强度 ／Ｍ Ｐａ 抗拉强度 ／Ｍ Ｐａ 伸长率（％ ） 加工硬化指数
１＃
４１５
２＃
４５０
５２５
３３．８
０．２２９
５４０
３５．４
０．２１４
由表 ２ 可见， 含 Ｃ ｒ 钢（２＃）的强度和 塑性都明 显优于不含 Ｃ ｒ 的钢（１＃）。考虑到热轧组织对退火 组织的遗传影响不可避免， 有必要对其组织差别 和成因进行分析。
对 ５ ｍ ｍ 热轧板取标距 Ｌ０＝ ４０ ｍ ｍ 的拉伸试 样， 在室温下以 １０ ｍ ｍ／ ｍ ｉｎ 的速率进行拉伸， 测 得力学性能如表 ２ 所示。
表 ２ 两种钢热轧板材的力学性能 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ ｔｗｏ
ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｈｏｔ ｒ ｏｌｌｉｎｇ ｓｔｅｅｌ
性能； 最后采用金相、扫描电镜、Ｘ － 射线衍射分析等技术考察分析了两种钢的显微组织。结果表明： 含 Ｃ ｒ 的 Ｔ Ｒ ＩＰ
钢的组织比较细小， 铁素体晶粒近似等轴分布； 两种 Ｔ Ｒ ＩＰ 钢 的 残 余 奥 氏 体 含 量 相 近 ， 但 含 Ｃ ｒ 钢 的 残 余 奥 氏 体 中
的含碳量较高。分析认为这是由于含 Ｃｒ钢在热轧阶段较易生成细小的组织， 而在热处理阶段则抑制贝氏体的生
摘 要： 主要研究了 Ｃ ｒ 对低碳 Ｓｉ－Ｍ ｎ 系 Ｔ Ｒ ＩＰ 钢组织与力学性能的影响。和不含 Ｃｒ两种低碳钢的连续冷却转变（ＣＣＴ） 曲线， 分析指出了 Ｃｒ对连续退火工艺的潜在影响； 然后
采用 Ｇ ｌｅｅｂｌｅ－３８００ 热 ／力模拟试验机对两种钢的薄板试样进行了连续退火模拟实验 ， 并通过拉伸试验测定了力学
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《热加工工艺》２００７ 年第 ３６ 卷第 ２ 期
材料热处理 （１） Ｍ ａｔｅｒｉａｌ＆ Ｈ ｅａｔ Ｔｒｅａｔｍ ｅｎｔ
Ｍ ｎ 系 Ｔ Ｒ ＩＰ 钢组织与力学性能的影响进行讨论。
（ａ）１＃
（ｂ）２＃
１ 试验材料
设计了含 Ｃｒ和不含 Ｃｒ两种成分的实验钢，
化学成分见表 １。
表 １ 两种钢的化学成分（质量分数， ％ ） Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ（ｗｔ， ％ ）
高临界转变温度 Ａｃ３ 的元素［４］， 这就在客观上缩小 了从开轧温度到奥氏体再结晶终了温度的区间， 扩大了再结晶终了温度到终轧温度的区间。这对 在轧制中累积晶内变形带， 进而在 γ!α相变阶 段进一步细化晶粒是极为有利的； 二是 Ｃ ｒ在奥氏 体冷却转变过程中是一种典型的抑制珠光体（ Ｐ） 和 Ｂ 形成的元素。在 Ｐ 反应的孕育期， Ｃ ｒ 提高了 形核功和转变激活能， 致使相变过程受到抑制， 因 此在同样的层流冷却速率下， 含 Ｃ ｒ钢更易于获得 细小的 α组织， 这为后来热处理获得细小的组织 打下了良好的基础。
Ｂｓ＝８３０－ ２７０［Ｃ ］－ ３７［Ｎ ｉ］－ ９０［Ｍ ｎ］－ ７０［Ｃ ｒ］－ ８３［Ｍ ｏ］ （１）
Ｍｓ＝５６１－ ４７４［Ｃ ］－ １７［Ｎ ｉ］－ ３３［Ｍ ｎ］－ １７［Ｃ ｒ］－ ２１［Ｍ ｏ］ （２）
可知， 除了基本元素 Ｃ 、Ｍ ｎ 外， 还有 Ｍ ｏ、Ｃ ｒ 和 Ｎ ｉ 也都是稳定奥氏体的元素。相对 Ｍ ｏ 和 Ｎ ｉ， Ｃ ｒ 在 低温和中温转变阶段均有较强的稳定奥氏体的作 用， 且具有成本上的优势。本文拟对 Ｃ ｒ对低碳 Ｓｉ－
由 图 ２ 可 见 ， １＃ 钢 生 成 Ｐ 的 最 大 冷 速 为 １５℃／ｓ， 生成 Ｂ 的最小冷速为 ５℃／ｓ； 而 ２＃ 钢 生成 Ｐ 的最大冷速为 １０℃／ｓ， Ｂ 在 ０．５℃／ｓ 的冷速 下就 开始出现， 当冷速增加到 ５℃／ｓ 时， 开始出现马氏 体。显然， 由于 Ｃ ｒ在两相区保温过程中溶入了高 温奥氏体， 阻止了奥氏体晶粒的长大， 增强了奥氏 体的稳定性， 从而在随后的冷却过程中， 奥氏体向 其它各相转变速度变慢， 推迟了相变的开始时间， 使整个Ｃ 曲线向右移。 此外还可以看出， 各冷速 下 ２＃ 钢 的 Ｂ 开 始 和 终 止 转 变 温 度 均 低 于 １＃ 钢 。 这是因为 Ｃ ｒ除了能溶入高温奥氏体， 还能溶入低 温奥氏体， 抑制渗碳体的析出， 降低了 Ｂ 的形核 率， 使Ｂ 相变开始温度降低， 延长了 Ｂ 相变的孕
收稿日期： ２００６－０８－２８ 作者简介： 杨梅梅（１９８０－），女，辽宁鞍山人，硕士研究生，主要研究方
向为 Ｔ Ｒ ＩＰ 钢的组织性能；电话： ０１０－６２３３２５９８； Ｅ －ｍ ａｉｌ： ｙｍ ｍ ｙ＿１２３４５６７＠ １２６．ｃｏｍ
研究热点是如何在保证钢的焊接性能 （ 低的焊接 Ｃ 当量） 的前提下， 使低碳 Ｓｉ－Ｍ ｎ 系 Ｔ Ｒ ＩＰ 钢获得 尽 量 多 而 稳 定 的 残 余 奥 氏 体 。 根 据 公 式［２］
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｃｈｒｏｍ ｉｕｍ ；Ｔ Ｒ ＩＰ ｓｔｅｅｌ；ｍ ｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
近年来， 汽车工业发展迅猛， “减重节能”成为 新一代汽车发展的口号。低碳 Ｓｉ－Ｍ ｎ 系相变诱发 塑 性 钢 （ Ｔ ｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ） 作 为 一 种价格低廉的高强度成形钢应运而生， 它是利用 钢中的残余奥氏体在应力作用下发生马氏体相 变， 从而在应力松弛下诱发塑性的一种 钢［１］， 其特 点是同时具有高的强度和塑性。而近年来的一个
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔ ｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｃ ｒ ｏｎ ｍ ｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ Ｓｉ－Ｍ ｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ （Ｔ Ｒ ＩＰ）ｓｔｅｅｌｗ ｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍ ｉｃ Ｃ Ｃ Ｔ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆｔｗ ｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆｓｔｅｅｌ （ｗ ｉｔｈ ａｎｄ ｗ ｉｔｈｏｕｔＣ ｒ） ｗ ｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍ ｉｎｅｄ ｂｙ ａ Ｆｏｒｍ ａｓｔｏｒ－Ｆ ｄｉｌａｔｏｍ ｅｔｅｒ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｍ ｐａｃｔ ｏｆ Ｃ ｒ ｏｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗ ａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ； Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗ ｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗ ｅｒｅ ｄｏｎｅ ｏｎ ａ Ｇ ｌｅｅｂｌｅ－３８００ ｓｉｍ ｕｌａｔｏｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗ ｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｏｎ ｓｔａｔｉｃ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｅｒ．Ｌａｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｍ ｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｗ ｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗ ａｓ ｅｘａｍ ｉｎｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍ ｅｔａｌｌｏｇｒａｇｈ， ＳＥ Ｍ ， Ｘ －ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔｅｒ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ． Ｔ ｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｏｆ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｃ ｒｓｔｅｅｌｉｓ ｓｍ ａｌｌｅｒｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ，ａｎｄ ｉｔｓ ｆｅｒｒｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｍ ａｉｎｌｙ ｃｏｍ ｐｏｓｅｄ ｏｆ ｅｑｕｉａｘｅｄ ｇｒａｉｎ， ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ，ｔｏｏ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｃ ｒ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｅａｓｉｌｙ ｆｏｒｍ ｅｄ ｉｎｔｏ ｆｉｎｅ ｇｒａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｈｏｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ａｎｄ ｍ ｏｒｅ ｓｔａｂｌｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｉｎ ｈｅａｔｔｒｅａｔｍ ｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆＣ ｒｏｎ ｔｈｅ ｂａｉｎｉｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ．
２．２ 退火 ＣＣＴ 曲线的测定（ 两相区退火） 静态 Ｃ Ｃ Ｔ 试样取自热轧板（ !２ ｍ ｍ ×１３ ｍ ｍ ） ，
利 用 Ｆｏｒｍ ａｓｔｏｒ－Ｆ 型膨胀仪 先测定钢的 临界转 变 温度， 然后再将试样加热至 ８００℃并保温 １２０ ｓ， 然 后 分 别 以 ０．５、１、５、７、１０、１５、２０、３０ 和 ５０℃／ ｓ 的冷速冷至室温。测定膨胀曲线， 画出 Ｃ Ｃ Ｔ 曲线， 如图 ２ 所示。
试验内容主要包括热轧组织考察、静态 Ｃ Ｃ Ｔ 曲线的测定、薄板连续退火模拟等， 目的在于逐步 揭示 Ｃ ｒ 在 Ｔ Ｒ ＩＰ 钢相变过程中的影响规律。
２ 试验结果与分析
２．１ 热轧组织性能 试验中对两种实验钢采用同样的热轧制度。
锻坯厚度为 ４０ ｍ ｍ ， 加热温度为 １ １８０℃， 加热时 间 １．５ ｈ； 开轧温度 １ １００℃， 终轧温度 ８５０℃， 道次 压下量为 ３８％ ～１２％ （ ７ 道次） ， 最终轧 到 ５ ｍ ｍ 厚。以 １５℃／ｓ 层流冷却至 ６５０℃， 然后空冷。
热轧态显微组织见图 １。可见两种钢的组织 都是由铁素体（ Ｆ） 和贝氏体（ Ｂ ） 构成， 但 ２＃ 钢的组 织较细小， 说明 Ｃ ｒ对细化晶粒有一定的帮助。分析 原因有二：一是由于 Ｃ ｒ元素大约有四分之三能够固 溶于 Ｆ ［３］， 它是一种典型的能够缩小 γ－ 相区并提