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1、第28卷 第5期20 07年 10月材 料 热 处 理 学 报TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENTVol . 2 8 No . 5October 2 00 7 M 8 f 8 M % 2 M w L s 李 龙1 丁 桦1,2 杜林秀1 宋红梅3 张丕军3(1. 东北大学材料与冶金学院, 辽宁沈阳 110004;2. 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室, 辽宁沈阳 110004;3. 宝钢集团公司宝钢技术中心, 上海 201900)K 1 : 对一种低碳钢进行了控轧控冷实验,获得了具有铁素体和贝氏体的复相组织。通过室温静态拉伸实验、光
2、学显微镜等手段对复相钢进行了表征。研究了在拉伸速度恒定条件下的硬化行为。并利用Crussard2Jaoult 分析方法对应力应变曲线进行分析。结果表明,具有铁素体和贝氏体组织的低碳钢具有较高的强度和较高的初始加工硬化指数,应变硬化指数随着真应变的提高呈先升高后下降的趋势,应变硬化速率随应变的升高呈下降的趋势。均匀分布的贝氏体有助于提高实验钢的应变硬化能力。1 o M :低碳钢; 贝氏体; 力学性能; 流变曲线; 应变硬化 m s | : TG14211;TG113125 D S M : A c I | : 100926264(2007)0520046205Analysis of stress2
3、strain curves by tensile test in low carbon steel witha duplex microstructure of bainite and ferriteLI Long1, DING Hua1, 2, Du Lin2xiu1, SONGHong2mei3, ZHANG Pi2jun3(1. School of Materials and Metallurgy,Northeastern University, Shenyang 110004, China;2. The State Key Lab of Rolling and Automation o
4、f Northeastern University, Shenyang 110004, China;3. Baosteel Technology Center, Baoshan Iron & Steel Group Co, Shanghai 201900, China)Abstract: The duplex microstructure of bainite and ferrite in a low carbon steel was obtained by controlled rolling followed by accelerated cooling, andthen the micr
5、ostructure and mechanical properties of the steel was characterized by room2temperature tensile test and SEM observation. The relationshipbetween strain and strain hardening exponent ( n) for the steel with different microstructure under constant tension rate was studied. Crussard2Jaoultmethod was a
6、lso utilized to analyze stress2strain curves of the tested steel. The results reveal that the bainite2ferrite steel possesses high strength and work2hardenability, and the values of n increase and then decrease with increasing true strain, while the strain hardening rate decreases with the increase
7、ofstrain. The existence of uniformly distributed bainite in the steel can result in the increase of strain hardenability.Key words: low carbon steel; bainite; mechanical property; flow stress curve; strain hardeningl : 2006210208; : 2007201219 : 国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目( 50271015)T e : 李 龙( 1977) ) ,
8、 男, 博士生, E2mail: longli2002mail.edu. cn。近年来,高强度钢在汽车制造中逐步扩大使用,其强度和塑性具有较佳的配合,有利于提高冲撞过程中的能量吸收, 对减重的同时保证安全性较为有利 1。通过形变诱导铁素体相变和铁素体动态再结晶来细化晶粒,是开发超细晶粒高强度钢有效的手段之一 225。然而,由于对设备的要求较高 6 ;同时大的变形量和低的变形温度会使形成的铁素体择优取向变强 7。除了受变形条件的限制外,晶粒过小还会导致材料的屈强比提高 3 ,对材料的成形产生不利的影响。贝氏体相变强化等方式的引入,为解决上述问题提供了新的思路 8, 9。但大多数的研究都集中在低合
9、金钢或微合金钢中 10212 ,对普通低碳钢中的贝氏体组织形成及其变形行为尚缺乏研究。铁素体贝氏体钢的变形特性是复杂的强化机制相互作用的结果。取决于贝氏体相变强化,铁素体的晶粒细化强化,位错强化以及碳化物的析出强化等。这些强化机制交互作用,不仅影响复相钢的初始屈服,而且也影响加工硬化速率。本文以普通低碳钢为研究对象,通过控轧控冷的实验手段获得具有铁素体贝氏体复相组织的复相钢,通过对复相钢的应力2应变曲线分析,研究复相钢在单轴拉伸下的变形行为。1 实验材料和实验方法实验用低碳钢化学成分(质量分数, %) 为: C0110, Si 0120,Mn 112, S 01006, P 01002, N
10、010016。实验钢采用中频感应电炉熔炼后浇注成50kg的铸锭后锻造成50mm100mm120mm的热轧坯料。在配有冷却装置的450mm轧机上对实验钢进行控轧控冷实验。将坯料加热到1200e ,保温2h,出炉后进行不同的压下量变形,终轧温度定为 800e。由于实验设备的限制,轧制结束到开始水冷前有一段空冷时间,温降在50e左右。利用喷水冷却轧件,冷却速度在20 35e Ps范围内。终冷温度控制在 400 550e之间,之后缓冷,以模拟轧后卷取过程。试样表面温度采用红外线测温仪测量。控轧控冷工艺示意图如图1所示。图1 控轧控冷工艺示意图Fig11 Schematic diagram of the
11、 thermo2mechanical control process按国家标准从板材上截取标准拉伸试样,利用INSTRON4206拉伸试验机测定钢的强塑性指标,拉伸速度为5mmPmin,在拉伸过程中记录实验钢的工程应力2应变曲线。试样经研磨、抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀,在LEICA Q550IW金相显微镜下进行组织观察。用LEICA Q550IW配带的分析软件测量铁素体晶粒的平均直径以及铁素体的含量。2 实验结果211 % L 表1列出了实验钢在不同的控轧控冷工艺条件下的拉伸性能。从实验结果可以看出,卷取温度的降低利于实验钢强度的提高,当卷取温度降低到400e时,实验钢的屈服强度超过了 40
12、0MPa,实现了普通碳素钢强度的翻番。在化学成分相近的条件下, 与400MPa级超细晶粒钢 6的强度级别相同,屈强比较低。图2为复相钢在单轴拉伸条件下的工程应力应变曲线。对比表1和图2可以看出,在铁素体(F)晶粒尺寸相近的条件下(7 8Lm) ,随着贝氏体(B)体积分数的增加,强度逐渐升高。而贝氏体的体积分数又和冷却速率及卷取温度密切相关。工程应力2应变曲线的最大载荷附近存在一平坦区,它覆盖了较宽的应变范围,这表明复相钢在拉伸时形成的缩颈区是扩散的。V 1 L H q / % ?Table 1 Mechanical properties of the tested steel under di
13、fferent process conditionsSample RsPMPa RbPMPa D5P% RsPRbCoiling temperaturePeCooling ratePe #s- 1Microstructure ( volumefraction of ferriteP% )FinishingthicknessPmmNo11 36919 48114 36 0177 550 20 F+ B ( 8012) 615No12 39813 50410 31 0179 450 30 F+ B ( 7514) 410No13 41711 53910 28 0177 400 35 F+ B (
14、6618) 615212 A F 4 不同工艺条件下对应的实验钢组织如图3所示。从图3可以看出,随着卷取温度的降低和冷速的增加,贝氏体的体积分数增加;当终轧厚度减小到4mm时(No12试样) ,铁素体晶粒尺寸略有减小,且出现了明显的带状组织,强度较No11试样为高,但塑性低于No11试样(见图2)。透射电镜观察结果表明,贝氏体的微观形貌主要为条片状贝氏体和弥散分布的渗碳体组成,条片状贝氏体宽度约为 1Lm,试样中渗碳体呈颗粒状或针状,条片状贝氏体的宽度随卷取温度的降低略有减小,但变化不大 13。3 分析与讨论311 M Hollomon建立了包含应变硬化指数 n 值的金属拉伸变形的指数方程式R
15、= KEn (1)式中, K为常数; n 为硬化指数; R和E分别为真应力47第5期 李 龙等:低碳铁素体贝氏体复相钢的拉伸应力2应变曲线分析图2 实验钢的工程应力2应变曲线Fig12 Stress versus strain curves of the tested steel和真应变。Hollomon虽然把应变硬化指数 n 引入塑性力学领域,但并未指明 n 是在何种变形路径下的应变硬化指数。宋玉泉 14通过对 n 的力学涵义、理论解析及实验结果的精细分析进行了理论和实验规范,明确论证了Hollomon方程(1)是在恒应变速率条件下的本构方程。通过体积不变条件可得出,在恒变形速度条件下( T= const),可推导出 14nv = 1- dlnPdlnE ln ll0(2)图3 不同工艺条件下钢的显微组织 ( a) No. 1(F+ B组织) ; ( b)No. 2(F+ B组织) ; ( c)No. 3(F+ B组织)Fig. 3 Optical microstructure of tested steel treated with different processes (a) No. 1; (b) No. 2; ( c) No. 3式中, nv 为恒拉伸速度的应变硬化指数
