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文章编号：147意见及建议：需要修改的有：退火工艺交待不完全，没有给出保温时间及冷却条件；图2中由硬度－退火曲线确定900度下，再结晶完成依据不足，因为曲线中硬度变化不明显。冷轧压下率对TWIP钢组织和力学性能的影响代永娟米振莉唐荻王海全郭锦严玲北京科技大学高效轧制国家工程中心北京100083摘要：本文研究了不同冷轧压下率对TWIP钢组织和力学性能的影响，结果表明当冷轧压下率为65.0％经1000℃退火后，钢板可达到640Mpa左右的抗拉强度和255Mpa左右的屈服强度以及82％以上的延伸率，具有较好的综合力学性能。其室温组织为单相奥氏体基体的退火孪晶，通过TEM观察内部为大量的层错和孪晶共存结构。在随后的拉伸变形过程中产生大量的形变孪晶，发生了TWIP效应－孪晶诱发塑性效应，使钢板具有优良的力学性能。关键词冷轧压下率退火温度TWIP效应孪晶TheInfluencefortheMicrostructureandMechanicalPropertiesofTWIPSteelAffectedbycoldrollingreductionDaiYongjuan,MiZhenli,TangDi,WangHaiquan,GuoJinYanLing(1.NationalEngineeringResearchCenterforAdvancedRollingtechnologyUniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083;Abstract:ThepresentpaperresearchedtheinfluenceofcoldrollingreductiononmicrostructuresandmechanicalpropertiesoftheTWIPsteel.Theresultsshowedthatthesteelhadbettercomprehensivemechanicalpropertieswhencoldrollingreductionwasabout65.0%andtheannealingtemperaturewas1000℃.Thetensilestrengthofthesteelisabout640MPaandtheyieldstrengthishigherthan255Mpa,whiletheelongationisabove82%.Themicrostructureiscomposedofausteniticmatrixandannealedtwinsatroom-temperature,atthesametime,asignificantamountofannealedtwinsandstackingfaultsareobservedbyTEM.Mechanicaltwinsplayadominateroleduringdeformation,andresultinexcellentmechanicalproperties.1.前言近年来，石油危机的影响使汽车工业一直致力于减低汽车的能源消耗的研究，其中采用高强度和超高强度的钢板是一个重要的研究方向。TWIP钢（Twinninginducedplastic）又称孪晶诱导塑性钢，是最近几年国内外正在进行研究的高强度、高塑性的汽车用钢。该钢在无外载荷的条件下，室温组织是稳定的残余奥氏体，在施加一定的外部载荷时，因为应变诱导产生机械孪晶，会发生大的无颈缩延伸，而表现出优良的机械性能，如高的应变硬化率、高的塑性值和高的强度[1]。目前国内外对TWIP钢的研究工作处于初步阶段。为了进一步深化对TWIP钢力学性能和组织变化规律的了解，本文对不同冷轧压下率的TWIP钢进行拉伸变形实验，通过显微组织和力学性能分析，初步探讨了TWIP钢高强度高塑性的加工工艺，为开发综合性能良好的高强度、高塑性钢提供参考。2.实验材料和方案实验用TWIP钢采用电磁感应炉真空熔炼，氩气气氛保护，浇铸成板坯。化学成分如表1所示。表1实验钢成分/%Table1.ChemicalcompositionofTWIPsteel/%元素CSiMnPSAlFe成分0.0152.8925.000.0610.00433.02余量板坯在350四/二辊热轧实验机上热轧后，在430四/二辊双机架冷轧实验机冷轧，试验方案如表2所示。表2实验方案Table2Testschemes变形量（%）60.765.068.073.5退火温度（℃）8009009501000800900950100080090095010008009009501000按照GB3076-82标准，采用线切割沿轧制方向切取拉伸试样。在MTS-810型拉伸试验机上进行力学性能测试，室温下采用10－31/s的拉伸速率。在垂直于轧制方向的横截面上，从拉伸前、后的钢板上线切割制取金相、透射电镜、X射线试样。通过光学显微镜、透射电镜(TEM)以及X射线衍射对实验钢拉伸变形前后的组织进行进一步的观察分析，确定变形后组织中的相组成以及组织。其中光学显微组织用4％硝酸酒精溶液侵蚀。透射电镜样品采用5％高氯酸无水乙醇溶液为电解液，经电解双喷减薄至穿孔，采用H－800透射电镜，工作电压为200kv。用MXP21VAHF型X射线Cu靶照射进行物相分析。3.实验结果与讨论3.1力学性能测试不同冷轧压下率钢板在不同温度退火的力学性能如图1和图2所示。由于应力－应变曲线上没有明显的屈服平台，规定非比例强度σp0.2作为钢板的屈服强度。8008509009501000600650700750800850抗拉强度/Mpa退火温度/℃60.7％65.0％68.0％73.5％8008509009501000200300400500600屈服强度/Mpa退火温度/℃60.7%65.0%68.0%73.5%图1不同冷轧压下率TWIP钢在不同温度退火的强度Fig.1Strengthofsteelwithdifferentreductionrationanddifferentannealingtemperature由图1可以看出，在不同的工艺条件下，钢板的最高抗拉强度达840Mpa、最低也达到了615Mpa，可见此钢为高强钢。钢板的强度随工艺的不同有明显的变化趋势，随退火温度的升高强度明显下降，其中抗拉强度由最高的840Mpa降至640Mpa，降低了200Mpa，屈服强度由575Mpa降到了255Mpa，降幅达300Mpa，可见退火温度对强度具有重要的影响。由图2中延伸率变化来看，钢板的塑性随着退火温度的升高而提高，由800℃退火时的60％左右提高至1000℃退火时的80％左右，塑性提高了20％，其中塑性最好达到了84％。可见提高退火温度可明显提高钢的塑性。由图2中硬度变化来看，随退火温度升高硬度明显下降。退火温度低于900℃时，硬度变化曲线较陡，硬度变化较大；退火温度在900℃以上时，退火温度对硬度影响较小，即在900℃以上时完成了再结晶过程。由以上分析可知冷轧压下率为65.0％和68.1％的钢各项力学性能综合好于压下率为60.7％和73.5％的钢，其中压下率65.0％的钢性能在这一组中达到了最优。3.2光学组织观察及分析图3、图4、图5为不同冷轧压下率的钢板经不同温度退火变形前后的金相显微组织。由图3和图4可见，钢板经退火后的组织有边界平直的退火孪晶出现。在同一冷轧变形率下组织晶粒随退火温度的升高而增大，由800℃时的2～3µm增大到1000℃时的20～40µm，1000℃退火后基体中全部都是大块的退火孪晶。对于不同冷轧变形率的钢板在相同退火温度下比较，变形量大的退火后的晶粒要大。图5为经不同温度退火拉伸变形后的显微组织，钢板变形后，在外力作用下原来的退火孪晶发生变形，产生了大量更为细小的形变孪晶。Annealingtemperature/℃800850900950100055606570758085延伸率/%退火温度/℃60.7%65.0%68.0%73.5%8008509009501000175200225250275300硬度/Hv退火温度/℃60.7%65.0%68.0%73.5%图2不同冷轧压下率TWIP钢在不同温度退火的延伸率和硬度Fig.2Elongationpercentageandhardnessofsteelwithdifferentreductionrationanddifferentannealingtemperature退火温度800℃时，钢板组织处于部分再结晶阶段，有部分退火孪晶出现，尺寸较小，拉伸变形后出现明显的变形带，仅有极少量的形变孪晶。随退火温度的升高，边界平直的退火孪晶量增多，晶粒尺寸增大，在外力作用下，变形后的形变孪晶增多。由此可见，孪生进行的越充分，TWIP效应越明显。d3.3TEM组织观察和X射线衍射分析为了进一步分析钢板变形前后的微观组织，本实验进行了XRD分析以及TEM微观组织观察。经XRD分析，钢板800℃退火后为体心立方（bcc）和面心立方（fcc）的两种结构组成。bcc5µm5µmcb10µmd5µma图3压下率为60.7％不同温度退火的金相组织（拉伸前）Fig.3Microstructuresofsteelwithdifferentannealingtemperaturewhenreduction=60.7%（a－800℃b－900℃c－950℃d－1000℃）abcdbac5µm5µm5µm5µmd图5压下率为73.5％不同温度退火的金相显微组织（拉伸后）Fig.5Deformedmicrostructuresofsteelwithdifferentannealingtemperaturewhenreduction=73.5%（a－800℃b－900℃c－950℃d－1000℃）5µm5µm10µm图4压下率为73.5%不同温度退火的金相组织（拉伸前）Fig.4Microstructuresofsteelwithdifferentannealingtemperaturewhenreduction=73.5%（a－800℃b－900℃c－950℃d－1000℃）5µm透射电镜（TEM）微观组织观察如图6a所示为多边形铁素体和位于铁素体晶界长大的奥氏体，并且在长大的奥氏体晶粒中有少量的层错和孪晶存在。结合Fe－Mn－C三相相图[2]分析，此时为非平衡态组织，即800℃时钢板还没有完成再结晶，处于部分再结晶阶段。由此可知在800℃退火时延长保温时间，可使非平衡态组织转变为平衡态组织的单相奥氏体。钢板1000℃退火后的XRD分析全部为面心立方结构（fcc），TEM观察为单相奥氏体，在奥氏体中有大量的层错和退火孪晶，如图6b所示，A部分为孪晶，与之有对称关系的B部分为密集的层错。.图7a为1000℃退火拉伸变形后的TEM明场像，图7b为其衍射谱，可见是孪晶衍射的特征斑，即变形后形成了平行排列和交错排列长条状的形变孪晶。这种孪晶是在一次孪晶即退火孪晶生长的基础上形成了二次孪晶即形变孪晶，使两个系统连续起作用并共同参与变形。因此钢板在变形过程中产生了明显的TWIP效应。3.4讨论再结晶过程的原动力主要是变形晶粒的畸变能，随着变形程度的增加，金属的畸变能不断增大，从而导致发生再结晶的驱动力增大，致使再结晶开始温度降低[3]。因此增大变形量可以降低再结晶退火温度。由图3和图4的显微组织随工艺的变化得到证明，在相同的保温时间和退火温度下，随变形量增大钢板在退火后的晶粒增大，可以说明增大变形量促进TWIP效应的发生，有降低TWIP钢退火温度的效果。当层错能较低时，在再结晶过程中，界面的推移会发生层错现象，堆垛层错接近原子厚度的亚微观孪晶，是孪生的先兆，即层错的发生使孪晶界面出现。因此退火后微观组织中同时存在大量的层错和孪晶。此外，晶粒内的层错和晶内孪晶的多少首先取决于层错能的高低。abb图6不同温度退火的明场像（TEM）Fig.6BFimagesofsteelwithdifferentannea