轨道车辆用301L不锈钢板材成型性能及组织结构的物理作用机制

摘要

随着城市轨道交通的不断发展，车体制造更加倾向于不锈钢材料，301L不锈钢是制造车体的主要材料，由于冷轧板存在较大的内应力，在塑性成型时，容易出现成型性能差、局部裂纹以及起皱等现象。为了减小板材内部应力，改善成型性能，本文对酒钢生产的301L冷轧板为研究对象，主要研究不同的热处理参数对301L冷轧板力学性能、成型指标、胀形成型与复合成型的影响，为实际制造提供理论依据。主要研究结果如下： 1.退火后301L-DLT、301L-ST、301L-MT冷轧板屈服强度与抗拉强度整体趋于减小，延伸率增加，然而301L-LT等级基本保持不变，但301L-HT等级的屈服强度在上升，延伸率随退火温度的增加逐渐增大，在温度为408℃保温2h小时延伸率增加约5％，延长退火时间对力学性能改善不明显。退火后301L冷轧板塑性应变比r随温度的升高逐渐增大，应变硬化指数n整体趋于降低，r值与n值在延长退火时间时改变不明显，硬化等级越高r值、n值越小，Δr值越大。301L-DLT、301L-ST与301L-MT3种板材沿轧制方向0°、45°与90°的屈服强度与抗拉强度几乎没有变化，只是沿轧制方向上的延伸率最大，增大约3％～5％，退火后3种板材Δr值在减小且均大于零，说明3种板材均易在0°与90°方向产生耳凸。退火温度为408℃保温2h小时是301L冷轧板最佳的去应力退火参数。 2.随着弯曲角度的增大，301L不锈钢中马氏体含量逐渐在增加，相同等级厚度越大，塑性变形时越易形成马氏体。另外，相同弯曲角度时硬化等级越高相变马氏体含量就越高。弯曲变形后，晶粒形状与大小几乎没有发生变化，只是在弯曲后晶粒边界不再平滑，伴有大量的相变马氏体；弯曲后奥氏体峰明显减弱，而马氏体峰增强，并且所有弯曲件中没有发现ε-马氏体。 3.DLT（2.0mm）、ST（2.02mm）、MT（0.808mm）、MT（2.54mm）4种板材的杯突值随着退火温度的升高而降低，但退火时间对其影响不大。未退火时的杯突值最大，胀形成型性能最好。所有MT（0.808mm）杯突件顶部都出现了较大裂纹。在其他条件相同下硬化程度越强其杯突值越小，胀形成型能力越差，胀形成型能力DLT＞ST＞MT，同时得出相同等级在一定厚度范围内厚度越大，其胀形成型能力越好。 4.对不同退火制度处理后的DLT（2.00mm）、ST（2.02mm）、MT1（0.808mm）与MT2（0.788mm）进行锥杯实验。DLT与ST等级的相对锥杯值随着退火温度的升高一直在增加，而MT1在260℃出现最大值后减小，MT2在260℃出现最大值后趋于稳定。相同厚度下等级强度越高，相对锥杯值越大，复合成型性能越好DLT＞ST。显微组织显示，变形后组织晶粒被拉长增大，晶界不再光滑。原始组织中{111}γ、{200}γ、{220}γ与{311}γ四个明显的奥氏体衍射峰在变形后完全消失，出现两个新的{200}α'与{211}α'马氏体衍射峰，ST等级锥杯件顶部马氏体含量最多，为α'=60.7％，且DLT与ST的断口为韧窝状，属于韧性断裂。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 不锈钢轨道车辆的发展及应用

1.2.1 国外不锈钢轨道车辆的发展状况

1.2.2 国内不锈钢轨道车辆的发展与应用

1.2.3 不锈钢车体板的研究

1.2.4 不锈钢车体板发展方向

1.3.1 亚稳态奥氏体不锈钢硬化机理

1.3.2 亚稳态奥氏体不锈钢应变诱导马氏体转变

1.3.3 应变诱导马氏体应力辅助转变及马氏体形核长大机制与层错能关系

1.4.1 板材成型工艺

1.4.2 板材成型指标

1.4.3 301L冷轧板成型存在的问题

1.5.1 研究目的、意义

1.5.2 本论文主要研究内容

第 2 章 301L不锈钢冷轧板退火前后的力学性能及退火物理作用机制

2.1 引言

2.2 静载单轴拉伸实验

2.3 不同退火工艺下力学性能、塑性应变比 r值与应变硬化指数n值测定

2.3.1 性能检测

2.3.2 数据处理

2.4.1 不同退火温度下301L不锈钢力学性能

2.4.2 不同保温时间下301L不锈钢力学性能

2.4.3 沿轧制方向 0°、45°与 90°的力学性能

2.4.4 静态拉伸断口

2.5 讨论

2.5.1 不同退火工艺对301L不锈钢力学性能作用机制

2.5.2 不同退火工艺对301L不锈钢r值的作用机制

2.5.3 不同退火工艺对301L不锈钢n值的作用机制

2.6 本章小结

第 3 章 301L室温弯曲成型性能及微观组织结构作用机制

3.1 引言

3.2 实验过程

3.2.1 材料及方法

3.2.2 弯曲成型件马氏体含量测定与显微硬度测量以及显微组织观察

3.3 结果

3.3.1 不同厚度弯曲90°的马氏体含量

3.3.2 不同等级弯曲变形马氏体转变量

3.3.3 不同弯曲角度马氏体转变量及显微硬度值

3.3.4 301L不锈钢弯曲后显微组织与晶粒取向的变化

3.4 讨论

3.5 本章小结

第 4 章 不同退火工艺下胀形成型性能研究及物理作用机制

4.1 引言

4.2.1 实验材料

4.2.2 实验方法

4.3 实验结果

4.4 讨论

4.4.1不同退火制度与强度等级对301L不锈钢胀形成型作用机制

4.4.2 板材厚度对胀形成型作用机制

4.4.3 不同强度等级对马氏体转变量的影响

4.5 本章小结

第 5 章 不同退火制度下301L不锈钢锥杯实验

5.1 引言

5.2.1 实验材料

5.2.2 实验方法

5.3 实验结果

5.3.1 不同退火制度下301L不锈钢锥杯成型性能

5.3.2 不同强度等级锥杯成型性能分析

5.3.3 不同等级的301L不锈钢马氏体转变量

5.3.4 锥杯成型件的显微组织与断口形貌

5.4 讨论

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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