除TRIP钢屈服平台的预拉伸实验及微观机理

成：（１）弹性应变阶段；（２）应力跌落和屈服平台阶
段；（３）加工硬化阶段．
稳现象，其不完全等同于稳定材料在弹性变形末期 出现的失稳现象［５】．从拉伸过程来看，屈服平台阶 段的变形均匀，拉伸断裂后试样表面没有出现吕德 斯带．ＴＲＩＰ钢和一般低碳钢的拉伸曲线不同，但是 和亚稳奥氏体钢在拉伸曲线的三个阶段相一致【６Ｊ． １．３．２预拉伸对力学性能的影响
图３预拉伸对力学性能的影响 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒ－
图２为预变形量对屈服平台长度的影响曲线． 由图可知，随着预拉伸量的增加，屈服平台长度减 少．当预拉伸量超过１．０％时，屈服平台消失，这说 明预拉伸是消除屈服平台的一个比较有效的方法．
万方数据
第４期
熊自柳等：消除ＴＲＩＰ钢屈服平台的预拉伸实验及微观机理
图３反映了预拉伸量对力学性能的影响．可以 看出：随着预拉伸量增加，抗拉强度在一定的范围内 波动．预拉伸量小于１．０％时有明显的屈服点；当预 拉伸量超过１．０％时，没有比较明显的屈服点，屈服 强度随着预拉伸量增加而增加．
图２和图３对比分析，发现预拉伸量为１．０％ 是预拉伸对力学性能影响的一个关键点．在应变量 小于１．０％时随着预拉伸量增加，屈服强度变化不 明显，屈服平台长度减少．当应变量大于１．０％时。 随着预拉伸量增加，屈服强度增加，屈服平台消失． ＴＲＩＰ钢屈服平台的形成机制有两种：一是柯氏气 团造成的拉伸过程中应力集中，应力集中导致变形 不均匀形成屈服平台［６１；二是奥氏体的应力松弛机 制【．７｜．无论是哪种机制起主导作用，要解决ＴＲＩＰ 钢的屈服平台问题，都可以借助于预拉伸工艺．
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｄｒａｐｅ ｄｅｆａｕｌｔｓ ｗｈｉｃｈ ｕｓｕａｌｌｙ ａｐｐｅａｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｐａｒｔｓ，ｐｒｅ－ｓｔｒｅｔｅｈｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ
第３０卷第４期 ２００８年４月
北 京 科技 大学 学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＢｅｉＪｉｎｇ
ＶｏＩ．３０ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２００８
消除ＴＲＩＰ钢屈服平台的预拉伸实验及微观机理
熊自柳１’ 江海涛１’ 蔡庆伍１’ 唐 获１’ 刘仁东２）
日
室
．＿Ｒ 毯 槭
圉１ ＴＲＩＰ钢的应力一应变曲线．ｅ。ｈ－一上屈服点；Ｐ广屈服平台
长度 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ．ｅｏｈ－－ｕｐｐｅｒ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔ－ ｆｏｒｍ；ｅＬ－－ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ
ＴＲＩＰ钢弹性变形范围为０～０．３％，并且存在 明显的屈服现象．当应力到达最高点ｅｐｈ）＝舌Ｎ，应力跌 落，形成屈服平台（应力平台ｅＬ），这就是弹塑性失
第３０卷
０．６％，０．８％，１．０％，１．２％， １．５％，２．０％，
２．５％。４．０％等１０个级别．拉伸实验在Ｓｕｍ２０力学 试验机上进行．
表１预拉伸实验用钢的化学成分（质量分数）
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｔｅｅｌ
％
ＴＲＩＰ钢热处理后使用Ｄ／ＭＡｘ—ＲＢｌ２０Ｋｗ旋
Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｌｗａｙｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｒｅｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓａｐｐｅａｒｓ ａｔ ｔｈｅ
ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｏｆ １．０％ｐｒｅｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ．Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ ｍｏｒｅ ｓｔａｂｌｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｐｏｓｓｅｓｓ ｓｈｏｒｔｅｒ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｙｉｄｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ Ｃｏｔｔｒｅｌ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ—ｉｎｄｕｃｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａ—
为了验证这个问题，在拉伸之前测定了实验用 钢中奥氏体含量和奥氏体碳含量，经过拉伸后，再统 计屈服平台的长度，找出奥氏体稳定性和屈服平台 长度之间的关系．
预拉伸对奥氏体的影响是两方面的：一方面预 拉伸会使不稳定的奥氏体在预拉伸时发生相变，剩 下不易发生相变的稳定奥氏体；另一方面预拉伸实 际上也使得没有发生相变的奥氏体缺陷密度、滑移 带的数量增加，相变驱动能增加，因而使得奥氏体相 变更加容易．如果奥氏体不稳定，在变形初期奥氏 体就大量相变，并且在很短时间内完成，从而使得软 化机Fra Baidu bibliotek得到加强．如果奥氏体比较稳定，那么相变 进程相对缓慢，奥氏体在较长的应变范围内发生转 变，单位应变内的软化机制弱一些．
图２和图３表明ＴＲＩＰ钢经过预拉伸后应力一 应变曲线发生变化，屈服强度、抗拉强度、屈服平台 长度发生明显变化．从图３看出，在预拉伸小于１％ 时，随着预拉伸量的增加，屈服强度变化不明显，接 着再增加预拉伸量时屈服强度增加．
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圈２预拉伸对屈服平台长度的影响 Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ
表２奥氏体稳定性与屈服平台长度之间的关系
Ｔａｈｉｅ ２ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ
如表２所示，随着奥氏体稳定性表征量升高，屈 服平台长度降低．当奥氏体稳定性表征量升高到 ０．１３９，碳质量分数升高到１．０３９时，随着奥氏体稳 定性表征量的升高屈服平台长度变化不大，在 ３．９％～４．１％左右的范围内波动．说明奥氏体稳定 性和屈服平台之间存在着密切的关系，当碳含量较 低、奥氏体含量较高时，奥氏体容易发生相变，屈服 平台较长．当碳质量分数增加到１．０３９以上时，奥 氏体较稳定，屈服平台长度也基本上没有多大变化． 但此时还有相当量的屈服平台，说明奥氏体的应力 松弛机制不是影响屈服平台的唯一机制． ３显微组织与屈服平台之间的关系
残余奥氏体的碳含量用下式［４】计算：
Ｃ，＝（口：一３．５４７）／ｏ．０４６
（２）
式中，Ｃ，是残余奥氏体中碳质量分数，口，是残余奥
氏体的晶格常数． 拉伸前后的试样分别在ＴＥＭ－２０００ＦＸ型号的
电子显微镜上进行ＴＥＭ显微组织分析．
１．３预拉伸实验结果分析 １．３．１ ＴＲＩＰ钢的应力一应变曲线
如图１所示，ＴＲＩＰ钢的拉伸曲线由三部分组
影响奥氏体稳定性的因素有很多，主要包括钢 板中残留奥氏体的稳定性（奥氏体碳含量决定）、残 留奥氏体晶粒的尺寸和形貌、变形温度和应力状态、 各相的晶粒尺寸和体积分数、加工工艺和热处理制
度等［９－１０】．在相同工艺条件下，ＴＲＩＰ实验用钢的其 他几个影响因素相同，用ＴＲＩＰ钢中奥氏体碳含量 与奥氏体含量的比值（奥氏体稳定性表征量）来表示 奥氏体的稳定性，并统计分析了奥氏体稳定性表征 量和屈服平台长度之间的关系，如表２所示．
转阳极ｘ射线衍射仪测定残余奥氏体含量，得到Ｘ
射线衍射图谱．然后计算残余奥氏体的碳含量．残 余奥氏体含量用下式【３］计算：
Ｖ，＝１．４Ｉ，／（Ｊ。＋１．４Ｊ，）
（１）
式中，ｖ，是残留奥氏体的体积分数，ｆ，是奥氏体
｛２００｝晶面衍射峰和｛３１１｝衍射峰的平均积分强度，
ｆ。是铁素体｛２１１｝晶面衍射峰的积分强度．
１）北京科技大学材料科学与工程学院，北京１０００８３ ２）鞍山钢铁公司技术中心，鞍山１１４０２１
摘要含铬高硅ＴＲＩＰ钢室温变形时通常具有较长的屈服平台，在成型过程中零件表面容易出现褶皱等缺陷．为了解决这 个问题，采用预拉伸实验研究了不同预拉伸变形量对ＴＲＩＰ钢屈服平台的影响，并且对拉伸前后的ＴＲＩＰ钢试样做了ＴＥＭ透 射分析以期找出形成屈服平台的机制．实验表明：随着预拉伸量增加，屈服平台长度减少，当预变形量达到１．０％时屈服平台 消失；在相同预拉伸条件下，奥氏体越稳定，屈服平台越短；柯氏气团和奥氏体的应力松弛机制共同对ＴＲＩＰ钢屈服平台的形 成起作用． 关键词ＴＲＩＰ钢；屈服平台；微观机理；预拉伸；应力诱导相变；亚稳奥氏体；应力松弛 分类号ＴＧｌ４２．３３；ＴＧｌｌ５
１实验材料和实验方法
１．１实验材料 实验用钢为实验室开发的ＴＲＩＰ６００，化学成分
如表１所示． １．２实验方法
预拉伸所用试样为非标准拉伸试样，标距 ５０ ｍｍ，截面１．２ ｍｍ×１２．５ ｍｍ．拉伸速度为 ０．１ ｍｍ／ｓ．预拉伸量采用工程应变０．２％，０．４％，
万方数据
·３８０·
北京科技大学学报
ｔｉｏｎ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ；ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｐｒｅｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ；ｓｔｒａｉｎ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ
ａｕｓｔｅｎｉｔｅ；ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ
．
ＴＲＩＰ钢在具有高强度的同时还具有良好的塑 性，强塑积（强度和塑性的乘积）很高，因此在各行各 业有着广泛的用途．目前ＴＲＩＰ钢主要应用于汽车 工业、海上采油平台、输油管道、压力容器、中厚板等 的某些结构件中［１－２１．ＴＲＩＰ钢存在较长的屈服平 台，在冲压成型或者抗弯曲变形的过程中，钢体表面 容易出现褶皱，影响成型效果和美观，这限制了 ＴＲＩＰ钢的应用．目前ＴＲＩＰ钢主要用于汽车结构 件和底盘，而很少用于抗弯件和外板．
收稿日期：２００７－０３－０７修回日期：２００７－０４－０５ 作者简介：熊自梆（１９８０一），男．博士研究生；蔡庆伍（１９５５一），男， 教授，博士生导师，Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｉｏｎｇｚｉｌｉｕ＠ｔｏｍ．ｃｏｒｎ
本文采用预拉伸实验研究了预变形量对屈服平 台的影响，以消除ＴＲＩＰ钢在成型过程中出现的褶 皱，分析了屈服平台的形成机制，为精确控制屈服平 台提供一定的理论依据．
ｏｆ ｈｉｇｈ·Ｓｉ。ｌｏｗ－Ｃｒ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉ·
ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＴＥＭ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ．
２奥氏体的稳定性对屈服平台的影响
屈服平台形成的原因可以归结为在变形的过程 中，材料的加工硬化和加工软化相抵消．材料变形 时由于位错的塞集会发生加工硬化，而加工软化可 能是由于柯氏气团造成的应力集中产生的，也可能 是由于相变的应力松弛机制产生的．ＴＲＩＰ钢是多 相组织（Ｆ＋Ｂ＋Ａ），其中奥氏体为亚稳奥氏体，在变 形过程当中应力诱导马氏体相变（ｓｔｒａｉｎ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳＩＭＴ）【８ Ｊ，相变导致应力 松弛起到软化作用．因此奥氏体的稳定性将影响到 屈服平台的形成．
Ｔｅｎｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ
ＸＩＯＮＧ Ｚｉｌｉｕ¨，ＪＩＡＮＧ Ｈａｉｔａｏ＂，ＣＡＩ Ｑｉｎｇｗｕ”，ＴＡＮＧ Ｄｉ”。ＬＩＵ Ｒｅｎｄｏｎ９２） １）Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ ２）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｅｎｔｅｒ。Ａｎｇａｎｇ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ａｎｓｈａａ １１４０２１，Ｃｈｉｎａ