2004年26届查理斯哈契特获奖论文含铌、钛超低碳钢烘烤硬化机制.pdfVIP

含铌、钛超低碳钢烘烤硬化机制 1 2 3 L. J. Baker , J. D. Parker , S. R. Daniel 1. Corus Strip UK, 商务总部 2. 威尔士大学, Swansea, 威尔士 3. Corus Strip Technical, Llanwern Works 本文摘自 Materials Science and Technology, Volume 18, No. 5, May 2002, pp541-547. 超低碳钢加入 Ti 和 Nb 后应变时效行为主要跟预变形、时效温度、时效时间有关，由 于烘烤硬化导致的强度增加分成两个阶段，第一阶段：预应变后在 100℃时效 100min 强度 增加了最大的 30MPa，这个增加归因于固溶的碳原子对位错的钉扎作用；第二阶段：出现在 200℃时效 100min 时，强度增加了 40MPa，第二阶段的增加由析出物在位错处的析出所致。 由以上信息可知,比正常涂层烘烤温度低的情况下也能得到同样的硬化效果。随着对环境问 题的重视，汽车制造商需要在尽量不影响性能的情况下减少能量损耗。 引言 现在的法律法规开始限制汽车尾气排放并提倡节能环保型汽车，汽车制造商就要考虑在 不降低安全性能的情况下，尽量降低汽车的重量，于是人们提出了关于用高强度钢来取代现 有的汽车用钢的设想，与传统钢相比，烘烤硬化钢具有很好的成型性能，并且在烘烤时能增 加强度，这样就可以让汽车制造商在没有牺牲强度的情况下使用更薄的板来制造汽车外壳。 含有大量固溶氮的沸腾钢具有烘烤硬化能力，但是随着钢铁制造技术的发展，这类钢逐 渐被其他钢种所取代，因为这类钢在室温时效的倾向很大。低碳钢和超低碳钢 C 成分在 0.1%~0.01%，但是这些钢具有较高的抗变形能力，不适合应用于汽车制造。由此，发展了无 间隙钢（interstitial free）和超低碳钢（ultralow carbon），这种钢具有更低的碳，约 0.005%，所以具有更好的变形能力，能制造出更为复杂的汽车配件，这种钢越来越吸引汽车 制造商的注意。 烘烤硬化钢得益于相对低的位错密度和C固溶的控制。强度的增加归因于变形时位错密 度的增加和碳原子向位错处的扩散。许多研究者已经对固溶原子与位错相互作用作了很精确 的描述，时效过程分成三个阶段[1-3] 。首先，这种强度的增加是在时效数秒中实现的，这种 强度的增加归因于Snoek效应，是外力诱发引起的晶格中间隙原子有序排列[1]，由于时间很 短，不易于测量，所以往往被忽略；第二阶段也就是最重要的阶段，扩散到位错中心部位的 碳原子在此处偏析，其特征就是屈服点的回归[2] 。一旦所有的移动位错处的碳原子过饱和后， 再进一步偏析的话，将会导致气团形成和细小的碳化物析出。由于整个过程涉及到碳原子在 铁基体里面扩散，所以时效行为和时间、温度有很大关系，并且位错密度的影响可以通过预 应变大小来实现。 烘烤硬化的应用引起了人们对应变时效现象的兴趣，特别是超低碳钢。以前的研究主要 是集中在更高的碳成分，比如低碳钢和特低碳钢；然而汽车用的烘烤硬化钢具有更低的碳含 量，所以可能时效更慢一点，与以前的应变时效钢相比，烘烤硬化钢应该具有不同的动力， 因为碳急剧减少、渗碳体在基体中也相对减少。于是可以设想：这种钢在应变时效过程中不 具有析出阶段，因为它具有较低的碳成分，在钉扎阶段的时效动力可能跟高碳钢不同。 本试验研究涉及到对超低碳钢时效行为的评价，这种钢含碳 0.002%，并且还有钛和铌 （铌含量 0.0015%）。 对基体做了拉伸试验和内耗试验，来详细分析这种钢的应变时效行为。 实验过程 材料成分（wt% ） C Si Mn P S Al N Nb Ti 成分 0.0021 0.001 0.53 0.029 0.012 0.047 0.002 0.006 0.008 含量/% 其中的Ti 以TiN形式析出，剩下的以TiS析出，固溶的C成分用加入的Nb来控制。Nb/C 比