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马氏体体积分数对双相钢变形行为的影响


  44 卷   4 期 第 第   0 0 9 年 4 月 2





  Vol. 44 , No . 4
Ap ril   2009

Iron and Steel

马氏体体积分数对双相钢变形行为的影响
黄群飞 ,   何燕霖 ,   罗娟娟 ,

    ,     史 文 李 麟
( 上海大学材料科学与工程学院 , 上海 200072)

作者简介 : 黄群飞 (19832) ,男 , 硕士生 ;   E2mail : hqf0217 @126. com ;    修订日期 : 2008208221

   双相钢主要是由铁素体和马氏体两相构成 , 但 由于铁素体和马氏体两相强度相差较大 , 在单向拉 伸过程中应力和应变在两相中的分配会随着拉伸过 程中应变的不同而不一样 ,在拉伸变形初期 ,由于铁 素体强度低 ,塑性变形首先发生在铁素体中 ,并产生 应变硬化 。随着应变的增加铁素体应变硬化增加 , 并最终带动马氏体发生塑性变形 , 从而使双相钢出 现双屈服现象 [ 1 ] 。在分析双相钢的双屈服现象中较 为常用的方法有基于 Hollo mo n 公式的 ln S2ln e 曲 线 ( S , e 为真应力和真应变) 以及 C2J 分析[ 2 ] 。本文 在研究不同马氏体含量双相钢的应变行为时采用了 C2J 分析的同时 , 为更好更直观地反映出不同应变 段的 n 值 ,利用微分的原理给出了不同应变阶段双 相钢 n 值的变化情况 , 从而更直观地反映出不同马 氏体含量的双相钢在不同应变量下的变形行为 。

1  试验材料与方法

f raction of martensite , while t he n2value will reach a maximum at low volume f ractio n of martensite.

摘   : 通过 Crussard2J ao ul (C2J ) 分析和 n 值的分段分析对不同马氏体含量双相钢的变形行为进行了研究 。C2J 要 随马氏体含量的增加而升高 ,而在低马氏体含量下 n 值会出现最大值 。 关键词 : Crussard2J aoul 分析 ; n 值 ; 双屈服特性 ; 双相钢 中图分类号 : T G1421 4    文献标识码 : A    文章编号 : 04492749X ( 2009) 0420060204

分析时采用连续数据绘制 C2J 曲线 ,避免了取点拟合过程中的不连续性 , n 值的分段分析基于微分原理 ,直观给出 了不同应变量下的 n 值 。结合对两者的分析 ,认为只有较低马氏体含量的双相钢才具有双屈服特性 ,并且双相钢 的第二阶段硬化的拐点只有在一定量的马氏体发生变形时才出现 。同时在小应变量下双相钢中的应变硬化速率

Effect of Different Volume Fraction of Martensite on Def ormation Behavior of Dual Phase Steels
( Material Science and Engineering College , Shanghai U niversity , Shanghai 200072 , China)

tic defo rmation. Furt hermore , at low st rain t he work hardening rate ( d S / d e) will increase wit h increasing volume Key words : Crussard2J ao ul analysis ; n2value ; duplex yield character ; dual2p hase steels
C Mn 0. 09 1. 43

本试验所用双相钢的成分见表 1 , 所用试样为

value divided analysis gives a visual n2value under different st rain on t he base of differential t heory. Combination of

t he two fitting met hods , o nly t he low volume f raction of martensite dual2p hase steel has duplex yield character , and

t he knee point of wo rk hardening in stage Ⅱ nly appears when a certain volume f raction of martensite p roduces plas2 o

Abstract : Deformation behaviors of different volume f raction of martensite are investigated by using Crussard2J aoul

(C2J ) analysis and n2value. The C2J curve is drawn by using serial data to avoid t he discontinuousness in fitting ; n2

? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

HUAN G Qun2fei ,  H E Yan2lin ,   UO J uan2juan ,  S H I Wen ,   I Lin L L
Si 0. 26

冷轧态双相钢 , 厚度为 1. 2 mm 。试样分别在两相 区不同温度保温 5 min ,加热设备为 15 kW 盐浴炉 , 加热后将试样放入盐水中淬火至室温 。
表1  试验所用双相钢的成分( 质量分数)

万能试验机进行拉伸试验 , 拉伸试样的标距为 50 电镜观察组织 。
mm ,应变速率为 5 ×10 - 4 s - 1 。用日立 S2570 扫描
表2  双相处理的温度
试样 温度

Table 1   Composition of the experimental dual2phase steels %
Cr

表 2 给出了试样的保温温度 。用3 000 kN 电子

Table 2  Processing temperature of dual2phase
A1 A2 A3 A4 720 740 760 780

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01 2



A5

800

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黄群飞等 : 马氏体体积分数对双相钢变形行为的影响

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2  试验结果与分析
图 1 给出了在两相区不同温度淬火后的扫描电

镜 ( SEM) 照片 , 从图中可以看出 , 马氏体含量随保 温温度的增加而不断提高 , 其形态也由岛状变为连 续状 。表 3 给出了不同保温温度下的马氏体含量 。

(a) A1 ;  ( b) A3 ;  (c) A5

图1  SEM 照片
Fig. 1   Micrographs of dual steels , SEM

表3  马氏体的体积分数
Table 3  Volume fraction of martensite
试样 体积分数
A1 13. 2 A2 24. 5 A3 34. 5 A4 41. 4

应力2工程应变曲线和均匀变形阶段的真应力2真应
%
A5 57. 6

(    2 ( a ) 、b) 分别给出了试样 A1 ~ A5 的工程 图

变曲线 ,可以看出 , 随着两相区淬火温度的升高 , 淬 火后马氏体含量也不断增加 , 抗拉强度也在不断升 高 ,伸长率则下降 。在相同应变条件下 , 图 2 ( b ) 中 的真应变随马氏体含量的增加而增大 。

图2  工程应力2工程应变曲线( a) 和真应力2真应变曲线( b)
Fig. 2   Curves of engineering stress2engineering strain( a) and true stress2true strain( b)

   3 给出了试样 A1~ A5 的 C2J 分析曲线 ,C2J 图 曲线的绘制采用的数据为单向拉伸时计算机所采集 的原始数据经平滑处理后所得 , C2J 分析所用公式 为: dS ( 1) ln ( ) = ln K′ ln n + ( n - 1) ln e + de 式中 S 、为真应力 、 e 真应变 , K′ n 为硬化系数 、 、 应变 硬化指数 。图 3 中 O1 ~ O5 为试样 A1 ~ A5 的 C2J 曲线中大应变段所对应的直线与小应变段对应的曲 线切点 。从图中还可以看出 , 在变形初始阶段随马 dS 氏体含量的增加 ,试样 A1 ~ A5 的 ln 不断提高 , de

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Fig. 3   Curves of C2J analysis

图 3   2J 分析曲线 C

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钢  铁

第 44 卷

而 C2J 曲线则由两段趋于一段 。 虽然有试验证明 [ 3 ] C2J 曲线能敏感地表现材料 的应力2应变行为 ,但它无法直观地给出冲压性能的 一个重要指标 n 值 ,为研究不同应变阶段 n 值的变 化情况 , 利用微分原理 , 并基于 Hollo mo n 关系式 d ( ln S ) n= ,对拉伸均匀变形阶段以每 0. 2 %应变分 d ( ln K) 段计算其 n 值 ,如图 4 所示 。由图可看出 ,马氏体含 量较低者的应变硬化指数 n 值会随着应变的增加先 增大后减小并趋于稳定 , 而当马氏体的体积分数大 于 30 % ( A3 ) 时 , n 值则随应变的增加而下降 , 然后 趋于稳定 。并且随着马氏体含量的增加 n 值在应变 后期不断下降 。
图 4  n 值随ε的变化

为 ,在低应变下 ,变形主要发生在铁素体 , 马氏体含 量较低时 ,双相钢中铁素体晶粒大 ,且马氏体相变对 铁素体的应力小 ,铁素体内可移动位错密度小 ,塑性 dS 变形时位错易于在铁素体内滑移 ,其 和 n 值都较 de 小 ,当马氏体含量增加时 , 铁素体晶粒变小 , 同时马 氏体对铁素体的应力增大 ,铁素体内位错密度高 ,塑 性变形时铁素体内位错迅速增加并产生缠绕和塞 积 ,从而马氏体含量增高时
dS 和 n 值都较大 。 de

根据双相钢的双屈服特性 , 认为在较大应变时 双相钢中马氏体发生塑性变形 , 双相钢中马氏体和 铁素体可视为等应变变形 [ 4 ] , 两者的应变不相容现 dS 象减少 ,从而此阶段 和 n 值都较低应变下的值要 de 低 。但不同马氏体含量的双相钢中马氏体屈服所对 应的应变是不相同的 ,图 3 中的拐点 O x 随马氏体含 量的增加向低应变方向移动并趋于一条直线 , 说明 马氏体屈服所对应的应变随马氏体含量的增加而下 降 。在高马氏体含量下马氏体呈连续状分布于双相 钢中 ( 图 1) , 认为马氏体在较低应变时即发生塑性 变形 ,因此其 C2J 曲线趋于一段 ,双相钢的两次屈服 几乎重合 , n 值 ( 图 4 ) 也迅速下降 , 并认为在马氏体 含量较高时双相钢的双屈服特性趋于不明显 。并且 在大应变下 ,应变硬化指数 n 值随马氏体含量的增 加而不断降低 。
Fig. 5   Curves of C2J analysis and n2value vs ln e of A1 sample

3  讨论

双相钢中马氏体为强化相 , 其含量对双相钢力 学性能起决定性作用 ,由图 2 ( a ) 的工程应力2工程应 变曲线可知 ,随着两相区加热温度的提高 ,淬火后马 氏体含量在不断提高 , 其抗拉强度也随马氏体含量 的提高而不断提高 ,伸长率则不断下降 。 图 3 的 C2J 分析曲线上双向钢的变形大致上可 分为两段 ,这就是双向钢的双屈服现象 [ 4 ] ,双相钢的 双屈服现象主要是由马氏体变形引起的 , 因此分析 双相钢应变行为时需从两段分别考虑 , 从图中还可 以看出 ,随着马氏体含量的增加 , 其拐点 ( O x ) 向低 应变方向移动 。 dS 在较低应变下 ,图 3 中从试样 A1 到 A5 ,ln de dS 逐渐增加 ,即应变硬化速率 随着马氏体含量的增 de 加而变大 ,而图 4 中试样 A1 和 A2 的 n 值则是先上 升后下降 , 试样 A3 ~ A5 则不断下降 。文献 [ 5 ] 认

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Fig. 4  Relationship between n2value andε

低马氏体含量的试样 A1 、 的 C2J 具有相对 A2 明显的分段 ,而 n 值也出现了先上升后下降的趋势 。 图 5 给出了试样 A1 的分段 n 值和 C2J 曲线 ,为便于 比较 ,将 n 值的横坐标轴由ε转化为 ln e 。图中 a 、 b ε 和 c 点 所对 应的 值 约为 11 2 % 、1 0 % 和 61 2 % 。 3
图5  试样 A1 的 C2J 分析曲线和 n 值随
ln e 的变化

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考虑到本文中 C2J 曲线是直接采用拉伸时采集的原 始数据经平滑处理而成 , 能真实地反映出应变过程 中应力的连续变化情况 , 并认为马氏体由于位向和 受力之间的差别从而变形并不同步 , 而会出现少量 马氏体变形的开始点和大量马氏体发生变形点 , 而 值的最大点 b 正好位于点 a 和 c 之间 , 说明双相钢 二次屈服中 ,并不是马氏体发生塑性变形后即开始 的 ,只有在一定量的马氏体发生变形时才表现出二 次屈服现象 ,并且认为在少量马氏体变形时双相钢 仍具有较高的应变硬化能力 , 只有当马氏体变形量 达到一定程度时双相钢的应变硬化能力才开始下 降。

且 c 点所对应的ε值为 6. 2 % ,与文献 [ 4 ] 试验结果 中马氏 体体 积分 数为 10 % ~ 20 % 时 拐点 位 置 在 4 %~8 %是一致的 ,从而认为图 5 中点 a 、 分别为 c 马氏体少量变形点和大量变形点 。从图 5 可知 , n

4  结论

加而向低应变方向移动并趋于一段 , 说明双相钢的 双屈服特性随马氏体含量的增加而减弱 。

行 ,宝钢分公司 “钢铁企业副产煤气利用与减排综合技术” 获 国家科技进步奖二等奖 ,成为冶金行业首个获此殊荣的节能 减排项目 。 本届科技进步奖首次单独设立了 “循环经济与节能减

排” 评审组 。宝钢分公司 “钢铁企业副产煤气利用与减排综 合技术” 为我国钢铁企业实现能源梯级利用 、 提高副产煤气 综合利用的经济与环保效益 、 实现企业可持续发展等作出了 突出贡献 ,获得评审专家的充分认可 。 宝钢自投产以来 ,不断摸索成套副产煤气回收与综合利

用技术 ,形成了完善的副产煤气综合利用体系 。借助信息化 平台 ,宝钢自主设计 、 开发和集成了国内首套能源中心实时 监控系统 ,及能源管理数据仓库 , 建立了煤气系统的分散控 制、 集中管理 、 优化决策的现代信息化管控模式 ; 开发转炉煤 气回收极限值分析方法 ,建成完整的转炉煤气柜双柜并网运 行系统 ,解决了转炉煤气间歇回收与连续使用的矛盾 ; 建成

C2J 曲线能灵敏地反映出材料的应力应变特性 [ 4 ] ,

分段分析发现 ,低马氏体含量双相钢的双屈服特性拐 点只有在一定量的马氏体发生塑性变形时才出现。 dS ( 3) 在低应变下 , 双相钢应变硬化速率 随马 de 氏体含量的增加而升高 ; 而在高应变下 ,双相钢的应 变硬化指数 n 值随马氏体含量的增加而降低 。
参考文献 :

[1 ]  刘天模 , 何泽福 , 马鸣图 . 双相钢双屈服特性研究 [J ] . 重庆

[ 2 ]  Ramo s L F , Matlock D K , Krauss G. Co mmunications on

   月 9 日 ,2008 年度国家科技奖励大会在人民大会堂举 1

( 1) 双相钢的 C2J 曲线拐点随马氏体含量的增

宝钢副产煤气利用与减排综合技术获国家科技进步奖二等奖

世界上第一台燃用低热值纯高炉煤气的燃气 - 蒸汽联合循 环热电机组 ,攻克了稳定燃烧 100 %低热值煤气等影响机组 稳定运行的诸多技术难关 ; 研发形成煤气设施安全保障运行 的系列技术 。目前 ,宝钢分公司煤气系统通过北部能源通廊 实现了与中厚板分公司的连接 ,使宝钢煤气系统成为全球钢 铁行业规模最大的煤气自动控制系统 。

为节能降耗 、 降低环境负荷作出了突出贡献 。迄今 , 副产煤 气回收利用直接创造经济效益 5. 67 亿元 , 减排二 氧化碳
345. 45 万吨 ; 副产煤气回收利用相关技术还获得国家专利 21 项 、 企业技术秘密 65 项 。其中 ,多项技术已在中国冶金行

业推 广 应 用 。去 年 , 宝 钢 分 公 司 高 炉 煤 气 放 散 率 低 于 焦炉煤气保持零放散 ,副产煤气综合利用水平稳步跨入世界 先进行列 。

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01 87 % ,转炉煤气回收率达到每吨钢 99. 7 标准立方米以上 ,

[ 3 ]  Garde A M , Aigeltinger E , Reed2 Hill R E. Relationship Be2 lurgical Transactions ,1973 ,4A (5) :2461. [4 ]  马鸣图 , 汪德根 , 吴宝榕 . Mn2V 双相钢变形特性的研究 [J ] . [5 ]  Mondal D K , Dey R M. Effect of Grain Size on t he Microst ruc2

宝钢分公司副产煤气回收利用与减排综合技术的进步 ,

( 2) 采用连续数据绘制 C2J 曲线并结合 n 值的
大学学报 , 1992 , 15 (3) : 50.
gical Transactions , 1979 ,10 A (6) : 259. ture and Mechanical Properties of a C2Mn2V Dual2Phase Steel[J ] . Material Science and Engineering , 1992 , 49 A (2) : 173. t ween Deformation Twinning and t he St ress2St rain Behavior

of Polycrystalline Titanium and Zirconium at 77 K[J ] . Metal2

钢铁 , 1982 , 17 (10) : 49.

t he Deformation Behavior of Dual2Phase Steels[J ] . Metallur2

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