合金元素La、Nb对中锰钢的夹杂物分布和静态再结晶的影响

摘要

随着社会经济的发展，人们对汽车轻量化和安全性的要求越来越高。第一代汽车薄板钢的强塑积一般为15GPa·%，轻量化和安全性指标都很低；第二代汽车钢的强塑积虽然达到了50GPa·%，但由于添加了大量合金元素Cr、Ni等，使得其成本较高，工艺控制困难，很难被市场接受。为了适应降低成本、节约资源、提高安全性的要求，需要研发性能和成本介于第一代和第二代汽车钢之间的新型汽车用钢。第三代汽车钢的概念，是指轻量化和安全性指标高于第一代汽车钢而生产成本又低于第二代汽车钢的高强高塑钢。国内外一些学者对于中锰TRIP钢(Mn质量分数为4%～10%)展开了研究，认为中锰TRIP钢因其优越的性能有望成为第三代先进高强度钢。
　　本文设计了不同合金成分的中锰钢(0.2%C,4.86%Mn)，通过扫描电镜对铸锭组织中的非金属夹杂物成分进行了能谱分析，观察了夹杂物的形貌；通过光学显微镜结合图像分析软件统计了夹杂物的数量，测定了夹杂物的截面积；对轧制后的夹杂物长宽比、截面积、体积进行了分类统计。结果表明：中锰钢中的夹杂物主要为硫化锰和硅酸锰与硫化锰的复合夹杂；稀土主要以稀土氧化物的形式存在于钢中，其在钢中的固溶度很低；微量Nb元素的加入，导致铸锭上部夹杂物数量减少，同时钢中小于5μm3的夹杂物比例在铸锭下部有所升高。
　　本文使用热力学软件Factsage绘制了中锰钢的相图，对相图进行了分析，并与标准Fe-C相图进行了比较，结果表明，因为Mn含量高，渗碳体消失的温度比A1高很多。通过热膨胀试验获得了中锰钢不同加热速度下的零界点，结果表明：La的加入降低了A1点和渗碳体消失温度，Nb的加入升高了A1点，降低了渗碳体析出温度；加热速度从5℃/s提高到50℃/s时，Ac1有升高的趋势，加热速度从10℃/s升高到50℃/s，渗碳体消失温度和Ac3都有明显的升高；随着加热速度的提高，试验钢的FCC+BCC共存的温度区间逐渐变窄。
　　本文选择了四个不同的再结晶加热温度分别为800℃、850℃、900℃、950℃和四个不同的再结晶加热时间分别为0.5min、3min、10min、15min，对三种不同的试验钢进行了加热和保温，水淬煮蚀后，观察了试验钢中的再结晶晶粒形貌并对晶粒度进行了评级。结果表明：La、Nb都能够细化再结晶晶粒；在再结晶加热温度为950℃，加热时间为15min时，加La试验钢的晶粒度级别数高于加Nb钢；当加热温度为800℃，加热时间为15min时，加Nb钢的晶粒度级别数高于加La钢；加入合金元素Nb和La都能够使得再结晶晶粒尺寸随加热时间和加热温度的增长率降低，随着加热时间的延长和加热温度的升高，三种试验钢之间的晶粒度差别会越来越显著；加热温度升高到950℃时，La对晶粒生长的抑制作用超过Nb的抑制作用。

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引言

1 文献综述

1.1 第三代汽车钢的发展现状与前景

1.2 奥氏体的TRIP效应与奥氏体逆转变

1.3 第三代汽车钢的组织调控理论

1.4 合金元素对中锰钢的影响

1.5 中锰钢中夹杂物的控制

1.6 本文研究意义与研究内容

2 试验设备及试验方案

2.1 试验设备

2.2 试验方案

3 铸锭组织中的夹杂物研究

3.1 夹杂物析出热力学计算

3.2 铸锭组织中典型夹杂物分析

3.3 夹杂物的尺寸分布统计

3.4 本章小结

4 热轧板中形变夹杂物研究

4.1 夹杂物类型分析研究

4.2 变形夹杂物尺寸分类统计

4.3 本章小结

5 热膨胀试验和静态再结晶试验

5.1 热膨胀试验

5.2 静态再结晶试验

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢