先進高強度鋼形變誘導相變增塑的微觀機制

《先進高強度鋼形變誘導相變增塑的微觀機制》是依託上海交通大學，由戎詠華擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：先進高強度鋼形變誘導相變增塑的微觀機制
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：戎詠華
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本申請項目以自主創新研發的新一代中碳QPT1500 (抗拉強度1500MPa的Q-P-T鋼)和低碳QPT1000、TRIP1000（抗拉強度1000MPa的TRIP鋼）先進高強度鋼為主要研究對象，通過準靜態和動態力學的表征，從實驗上論證兩類鋼中殘留奧氏體的力學穩定性和形變誘導相變的增塑效應。基於碳化物析出對奧氏體含量的影響，修正Speer等模型，進行Q-P-T鋼中最大奧氏體含量理論預測。考慮Q-P-T鋼中形變誘導相變的增塑效應，對Mileiko兩相等應變模型進行修正。通過微觀組織的表征，尤其是動態拉伸的透射電鏡觀察，從實驗上揭示形變誘導相變的微觀機制。基於同步輻射高能X射線衍射測定，對Q-P-T鋼和TRIP鋼進行不同形變數下的應力應變分布和馬氏體相變的有限元模擬，從理論上進一步揭示形變誘導相變的微觀機制。基於上述的研究，以期系統地揭示兩類先進高強度鋼形變誘導相變及其增塑微觀機制的異同性。

結題摘要

該項目由上海交通大學負責和東北大學參與在2014年12月完成的。主要目標是：（1）研發出抗拉強度1500MP淬火-分配-回火（Q-P-T）鋼和1000MPa相變誘發塑性（TRIP）鋼並達新一代先進高強度的指標；（2）研究兩類現金高強度鋼的形變誘導相變增塑的微觀機制。 通過成分和工藝設計，中碳 (Fe-0.42C-1.46Mn-1.5Si-0.028Nb) Q-P-T鋼的抗拉強度大於1500MPa，塑性大於20%，其強塑積大於30000MPa%，成為新一代先進高強度鋼。使碳含量的增加同時提高碳含量小於5wt%鋼的強度和塑性，實現了至少百年來研究者的願望。在研究殘留奧氏體增強塑性的機制中，基於形變中馬氏體和殘留奧氏體中平均位錯密度的X射線衍射（XRD）的測定，提出了殘留奧氏體吸收來自相鄰馬氏體中位錯的DARA效應，有效增強了馬氏體的形變能力，從而顯著提高鋼的塑性。繼近50年前提出的TRIP效應和BCP（阻擋裂紋擴展）效應結合DARA效應，三者構成了完整的殘留奧氏體增塑的微觀機制。在所建立的一維應變等效模型基礎上，通過有限元模擬揭示了TRTP效應的起因：殘留奧氏體通過應變誘發馬氏體相變鬆弛了應力集中，馬氏體相變在較大的應變範圍緩慢發生，提高鋼的塑性。 新型Fe–0.18C–11Mn–3.8Al 的TRIP鋼被設計，其由鐵素體和奧氏體兩相構成。該新型TRIP鋼通過800℃臨界硬化處理得到74%奧氏體和26%鐵素體，其抗拉強度為1131MPa和延伸率為37%，強塑積為41874MPa%，尤其是750℃臨界硬化處理（64%奧氏體），其延伸率高達67%，強塑積為67000MPa%，是目前報導的最高強塑積的超級TRIP鋼，成為新一代先進高強度鋼。上述結果表明，增強高強度TRIP鋼塑性的關鍵因素是奧氏體在形變中的穩定性，高的穩定性將產生更顯著的TRIP效應。進一步的研究表明，晶粒尺寸和Mn的不均勻分布對奧氏體的穩定性起到至關重要的作用。奧氏體最大穩定性對應的晶粒尺寸是約0.6µm. 極其優秀的力學性能歸因於不連續的TRIP效應和鐵素體的協助形變，其中不連續效應是Mn不均勻分布所致。上述的創新成果超過了我們預期的目標。