基于动态相变的热轧CMnAlSi系TRIP钢组织演变

李龙飞 孙祖庆 王西涛
（北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京１０００８３）
摘要
通过热模拟压缩实验，研究了基于过冷奥氏体动态相变的Ｃ—Ｍｎ—Ａｌ－Ｓｉ系热轧ＴＲ【Ｐ钢的组织演变规律．结果表明，
在过冷奥氏体动态相变过程中，铁素体相变速率较快，生成铁索体的体积分数与应变量有着一定的对应关系，铁索体晶粒细小且未
当前ＴＲＩＰ钢的轧制生产工艺主要包括冷轧和热轧 两种工艺．冷轧工艺这方面的研究较多，工艺也比较成熟， 并已经在工业领域应用【８，引．但该工艺在进行室温轧制 前一般仍需要进行奥氏体区变形，轧制后还需后续热处理， 总体能耗较高．而热轧ＴＲＩＰ钢大多是在热轧后通过控制 临界区的冷却速率或冷却过程，让奥氏体部分转变为铁索 体而得到铁索体和奥氏体的混合组织［１０，１１ Ｊ．该工艺控制 较为复杂，在低温区卷取时较难获得大量残余奥氏体．本 工作基于过冷奥氏体动态相变的研究思路［１２，１３ Ｊ，与上述 传统热轧工艺中复杂的控冷工艺［１０，１１ Ｊ以及冷轧退火工艺 中的连续退火工艺［８，１４Ｊ相对比，以应变量作为控制ＴＲＩＰ 钢动态相变过程中铁素体转变量及相分布的主要参数，在 生产成本不变的前提下，不仅简化ＴＲＩＰ钢的生产工艺， 也有利于提高组织稳定性的控制．本文主要考察基于过冷 奥氏体动态相变的Ｃ－Ｍｎ—Ａ１－Ｓｉ系热轧ＴＲＩＰ钢的组织 演变规律，并开发该新型热轧ＴＲＩＰ钢的生产工艺．
和残余奥氏体分布更加弥散的热轧ＴＲＩＰ钢．
关键词 热轧ＴＲＩＰ钢，过冷奥氏体动态相变，铁索体，贝氏体，残余奥氏体
中图法分类号ＴＧｌ４２．３
文献标识码Ａ
文章编号０４１２—１９６１（２００８）０６—０６８６—０７
ＭＩＣＲｏＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＥＶｏＬＵＴＩｏＮ ＯＦ ＨＯＴ ＲＯＬＬＥＤ Ｃ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｓｉ ＴＲＩＰ ＳＴＥＥＬ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＤＹＮＡＭＩＣ ＴＲＡＮＳＦｏＲＭＡＴＩＯＮ ｏＦ ＵＮＤＥＲＣｏｏＬＥＤ ＡＵＳＴＥＮＩＴＥ
ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｎｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｏｆ ｆｅｒｒｉｔｅ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ
ａｕｓｔｅｎｉｔｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂａｉｎｉｔｅ ａｎｄ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ．
射线衍射仪，根据文献【１６］所示的方法来测定钢中残余奥
氏体的体积分数．为了避免在机械研磨和抛光时可能发生 的形变诱导相变，将试样放在冰浴炉中，用５０ ｍＬ蒸馏 水、５０ ｍＬ ３０％的双氧水和５ ｍＬ氢氟酸的混合溶液进 行化学处理．
２实验结果
２．１ 过冷奥氏体动态相变与等温铁素体相变
已有文献报道【１５，１。引，在Ｃ含量（质量分数，下同）为 ０．２％左右的ＴＲＩＰ钢中的铁素体，体积分数约为４０％一 ６０％，是ＴＲＩＰ钢中的主要组织，决定着ＴＲＩＰ钢的屈
相变的奥氏体更加分散．在贝氏体等温处理时，过冷奥氏体动态相变后较大尺，ｊ．的奥氏体能够较快地发生贝氏体相变，但生成的贝
氏体束尺寸较小，位向较为混乱；而位于相邻铁索体晶粒间，尺寸在０．５—１．５ ｐｍ之间的细小奥氏体岛稳定性较高，不易于发生贝
氏体相变．通过过冷奥氏体动态相变和随后的等温贝氏体处理，可以获得晶粒细小的铁素体、体积分数较高的残余奥氏体、贝氏体
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：蹦ⅣＧ Ｗａｎｇｙｕｅ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，死Ｚ：（０１０）６２３３４９１９，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｙｙａｎｇ＠ｍａｔｅｒ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ ＳｕｐｐｏＳｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉｇｈ—Ｔｅｃｈ Ｒ＆Ｄ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｌ Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．２００７ＡＡ ０３２５０１ １
万方数据
金属学报
第４４卷
服强度等性能．奥氏体向铁素体转变过程中，因Ｃ在铁 素体中的固溶度很低，Ｃ原子通过扩散向未相变奥氏体富 集，从而提高未相变奥氏体中的ｃ含量．前期的大量研究 工作表明［１２，１８Ｊ：与等温相变相比，过冷奥氏体发生动态 相变时，在过冷与形变的双重作用下，相变驱动力大大提 高，相变明显加快，所得到的铁素体晶粒明显细化．本实 验所用Ｃ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｓｉ ＴＲＩＰ钢在８００℃过冷奥氏体动 态相变和等温相变的转变动力学曲线如图２所示．可以 看到，与等温过程相比，过冷奥氏体动态相变明显加速， 得到的铁素体的转变量与应变量存在一定的对应关系，因 此，通过过冷奥氏体动态相变时的应变量来控制铁素体相 变时铁素体的转变量是可行的．
热模拟实验在Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟机上进行，其工 艺如图１所示．将试样以２０℃／ｓ的速率加热至１２００℃ 并保温５ ｍｉｎ充分奥氏体化后，在１１００℃以０．５ ８＿１的 应变速率施以３０％的变形，通过奥氏体的动态再结晶得 到了平均晶粒尺寸为（４０士５）弘ｍ的奥氏体晶粒．然后以 ５℃／ｓ的速率冷却到８００℃，使试样处于过冷状态（Ａ，３ 温度为７８０℃），再分别以１ ８．１的速率在８００℃下变形 （工艺１，图１ａ）或等温处理（工艺２，图ｌｂ），此时，选择铁 素体转变量约４０％一５０％的应变量或等温时间，进行过 冷奥氏体变形或等温处理，随后以３０℃／ｓ的冷速【１５Ｊ快 冷到４５０℃，经不同时间的贝氏体等温处理后水冷至室温． 所得的试样沿平行压缩方向切开，经机械打磨和抛光后， 用２％一３％（体积分数）的硝酸酒精侵蚀，利用ＬＥＩＫＡ 光学显微镜、Ｓｕｐｐｒａ ５５场发射扫描电镜（ＳＥＭ）进行组 织观察．平行压缩方向上切取薄膜试样，经机械研磨后， 在一２０一－３０℃双喷减薄，所用双喷液为５％ＨＣｌ０４＋ ９５％ＣＨ３ＣＨ２０Ｈ，液氮冷却，电压７５ Ｖ．用Ｈ一８００透 射电境（ＴＥＭ）观察组织形貌．用ＭＸＰ２１ＶＡＨＦ型Ｘ
近２０年来，先进高强度钢板在汽车上的应用越来越 广泛，相变诱发塑性【１】（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓ－ ｔｉｃｉｔｙ，ＴＲＩＰ）钢由于能满足汽车用钢板高强度、高韧性
万方数据
第６期
尹云洋等：基于动态相变的热轧Ｃ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｓｉ系ＴＲＩＰ钢组织演变
６８７
以及高安全性的要求，受到了冶金行业和汽车工业的广泛 关注． 目前，常见ＴＲＩＰ钢的主要成分（质量分数）为 ０．１％ ０．４％Ｃ．１．０％～２．０％Ｍｎ．１．０％一２．０％Ｓｉ．Ｓｉ 可以抑制渗碳体的形成，促使Ｃ向残余奥氏体中富集，有 利于获得较多的残余奥氏体，从而获得较好的相变诱发塑 性．然而，Ｓｉ含量较高时会使热轧钢板的表面质量和冷轧 板的涂覆性能变差陋引，因此，有必要降低钢中ｓｊ含量． 但对于Ｃ—Ｍｎ—Ｓｉ系ＴＲＩＰ钢来说，当Ｓｉ含量低于０．６％ 时，较难获得良好的力学性能１４Ｊ．因此，用其它可以抑制 渗碳体形成的元素，如Ａｌ，Ｐ等，部分或全部取代ｓｉ是近 年来ＴＲＩＰ钢研究热点Ｌ５－Ｔ】．本研究用ＴＲＩＰ钢的化学 成分设计侧重于用Ａｌ部分取代Ｓｉ，以降低钢中Ｓｉ含量．
ＷｏＲＤＳ ＫＥＹ
ｈｏｔ ｒｏｌｌｅｄ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ，ｄｙｎａｍｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｅｄ ａｕｓｔｅｎｔｉｅ，ｆｅｒｒｉｔｅ，
ｂａｉｎｉｔｅ，ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ
＋国家高技术研究发展计划资助项目２００７ＡＡ０３２５０１ 收到初稿日期：２００７—１０—３０，收到修改稿日期：２００８－０２—２２ 作者简介：尹云洋，男，１９７６年生，博士生
ｅｒａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｍａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ Ｗａｓ ｍｕｃｈ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｂａｉｎｉｔｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｗａｓ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ，ｔｈｅ ｒｅｍａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｗｉｔｈ
ｆ
，巴ｎｌ墨Ｅｏ—
ｍ‘丁一巴＆Ｅｏ一
Ｆｉｇ．１
圉１热加工工艺示意图 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｃｈｅｄｕｌｅ忙ｉｓ ｓｔｒａｉｎ，ｆ ｉｓ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ）
（ａ）ｐｒｏｃｅｓｓ Ｎｏ．１，ｄｙｎａｍｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｔ ８００℃ （ｂ）ｐｒｏｃｅｓｓ Ｎｏ．２，ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｔ ８００℃
第４４卷
第６期
２００８年６月 第６８６—＿６９２页
仓属学垃
ＡＣＴＡ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｂｌ．４４ ห้องสมุดไป่ตู้ｏ．６ Ｊｕｎ．２００８ ＰＰ．６８６－６９２
基于动态相变的热轧Ｃ—Ｍｎ－Ａｌ＿Ｓｉ系 ＴＲＩＰ钢组织演变 爿ｃ
尹云洋 杨王胡
ｑＥ京科技大学材料科学与工程学院，北京１０００８３）
ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅｒ ｓｉｚｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ｔｏ ｂａｉｎｉｔｅ ｗｉｔｈ ｆｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｃｈａｏｔｉｃ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ；ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｓｌａｎｄｓ ｗｉｔｈ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ０．５—１．５“ｍ ｉｎ ｆｅｒｒｉｔｅｓ ｈａｄ ｈｉｇｈｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒａｔｈｅｒ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｌｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｂａｉｎｉｔｅ．Ｂｙ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｂａｉｎｉｔｅ，ａ ｄｅｓｉｒｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｏｔ ｒｏｌｌｅｄ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌｓ Ｗａｓ
ＹＩＮ Ｙｕｎｙａｎｇ．ＹＡＮＧ ｗａｎｇｙｕｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３