【摘要】：當(dāng)前,采用先進高強度鋼實現(xiàn)白車身輕量化已成為解決汽車油耗、排放和安全問題的有效途徑。新型奧氏體TWIP鋼兼具高強度、高塑性和高加工硬化性能,被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ钠嚱Y(jié)構(gòu)用鋼。然而,已開發(fā)的Fe-Mn-C系TWIP鋼合金含量遠高于常見鋼種,對其成分設(shè)計、凝固特性、組織性能和強韌性機制的認(rèn)識均存在爭議或不足,在某種程度上阻礙了TWIP鋼在汽車工業(yè)中的應(yīng)用進程。 針對Fe-Mn-C系高合金TWIP的成分設(shè)計問題,在系統(tǒng)分析已報道層錯能計算模型特征的基礎(chǔ)上,討論了采用雙亞點陣法預(yù)測Fe-Mn-C系奧氏體鋼γ→ε相變行為的合理性與可行性；基于雙亞點陣模型對Fe-Mn和Fe-Mn-C系合金γ→ε相變過程中的自由能變化進行了熱力學(xué)分析,并考慮了由于鈴木效應(yīng)引起的間隙原子偏聚對體系層錯能的影響；根據(jù)文獻中的實驗數(shù)據(jù)對模型預(yù)測結(jié)果進行了驗證,并繪制了Mn含量為10～30wt%、C含量為0-1.2wt%范圍內(nèi)合金的等層錯能曲線；在預(yù)測變形機制基礎(chǔ)上設(shè)計了7種Fe-Mn-C系奧氏體TWIP鋼的化學(xué)成分。 基于ThermoCalc軟件計算的Fe-Mn-C系三元相圖分析了TWIP鋼在室溫下獲得單一奧氏體的可能性；采用JmatPro6.0軟件計算了不同成分TWIP鋼的固、液相線溫度,并通過連續(xù)冷卻實驗對預(yù)測結(jié)果進行了修正；利用激光熱導(dǎo)儀測定了TWIP鋼固相導(dǎo)熱系數(shù),并與304和J4不銹鋼以及Q235普碳鋼的實驗值進行了對比；采用DIL402C熱膨脹儀測定了TWIP鋼的熱變形行為,揭示了TWIP鋼熱膨脹特性與常見鋼種的差異；通過鑄錠低倍實驗分析了Fe-22Mn-0.7C TWIP鋼鑄態(tài)晶粒形貌特征及演變規(guī)律,討論了疏松、縮孔和偏析等凝固缺陷傾向；應(yīng)用EPMA技術(shù)分析了TWIP鑄錠中溶質(zhì)元素在枝晶尺度上的分布特征,揭示了Mn和C元素在顯微偏析時的相互作用,為深入認(rèn)識多元合金凝固組織中成分不均勻性的形成機制提供實驗參考。 在同時考慮凝固傳熱、流動和溶質(zhì)擴散基礎(chǔ)上建立了多元、多場、多尺度凝固組織預(yù)測的CAFE數(shù)值模型；根據(jù)Fe-22Mn-0.7C TWIP鋼的低倍分析結(jié)果對預(yù)測的疏松、縮孔、宏觀偏析和晶粒形貌及分布特征進行了驗證,并對傳熱、流動和溶質(zhì)擴散對Fe-22Mn-0.7C TWIP鋼凝固組織的影響進行了系統(tǒng)分析；揭示了TWIP鋼凝固時柱狀晶與等軸晶界面的微觀組織特征,提出采用晶粒統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)直觀量化CET過程并通過線性擬合確定CET位置的數(shù)學(xué)方法�；谝验_發(fā)的數(shù)值模型分析了TWIP鋼化學(xué)成分與鑄錠凝固組織及均質(zhì)性的定量關(guān)系,建立了基于多元、多場、多尺度凝固數(shù)值模擬設(shè)計TWIP鋼成分的新策略。 采用中頻真空感應(yīng)爐熔煉了Fe-0.7Mn-0.1C、Fe-22Mn-0.1C和Fe-22Mn-0.7C三種試驗鋼,應(yīng)用Gleeble-1500熱力模擬實驗機測試了不同成分Fe-Mn-C鋼的熱拉伸行為,對比了TWIP鋼、304、J4和Q235鑄態(tài)試樣靜態(tài)拉伸時的變形抗力；根據(jù)試樣的斷面收縮率結(jié)果表征了各鋼種在750～1300℃之間的熱塑性,通過分析化學(xué)成分、相組分、層錯能和斷口晶粒形貌特征探討了影響Fe-Mn-C系TWIP鋼鑄態(tài)高溫拉伸性能的關(guān)鍵因素,揭示了高Mn合金化時不同C含量TWIP鋼試樣靜態(tài)拉伸時斷面收縮率的分布規(guī)律及影響機制；根據(jù)不同應(yīng)變速率和晶粒尺寸下TWIP鋼拉伸性能的測試結(jié)果,討論了采用常規(guī)連鑄設(shè)備生產(chǎn)Fe-Mn-C系TWIP鋼的可行性；通過對比不同澆鑄方式的工藝特征預(yù)測了TWIP鋼生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題。 根據(jù)單軸靜態(tài)拉伸試驗結(jié)果分析了Fe-Mn-C系TWIP鋼退火試樣的應(yīng)力應(yīng)變行為和加工硬化特征,討論了孿晶強化和動態(tài)應(yīng)變時效對TWIP鋼力學(xué)性能的影響；基于7種TWIP鋼工程應(yīng)力應(yīng)變曲線鋸齒狀波動數(shù)據(jù)擬合了PLC帶移動速度、周期與形變量的數(shù)學(xué)關(guān)系；通過OM、SEM和XRD技術(shù)表征了不同工藝和不同形變量下Fe-Mn-C系TWIP鋼的晶粒形貌和相組分,提出基于目標(biāo)晶粒度優(yōu)化TWIP鋼軋制-退火工藝并進一步改善其強度和塑性的質(zhì)量控制策略；開發(fā)了1030MPa/60%和900MPa/70%兩種級別的Fe-22Mn-0.5C TWIP鋼,制定了對應(yīng)的加工控制工藝和目標(biāo)晶粒度水平；在分析已有實驗結(jié)果基礎(chǔ)上,揭示了影響Fe-Mn-C系TWIP鋼拉伸行為的強／塑性機制。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG142.1

【參考文獻】

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本文編號：2322834