硅、锰系TRIP钢成分及热处理工艺的优化

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1994.04.005 第16卷第4期 北京科技大学学报 Vol.16 No.4 1994年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag.1994 硅、锰系TRIP钢成分及热处理工艺的优化 王四根花礼先王绪 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要本文采用正交设计及方差分析法，对获取良好TRP效应的Si、M系低碳低合金钢化学 成分及热处理工艺进行了优化.结果表明：化学成分为0.28%C-1.62%Si-1.09%Mn的钢，经等 温淬火工艺790℃×4mim→400℃×3min处理后，获得最佳综合机械性能，强塑积达322.33MPa·%. 关健词相变诱发塑性，正交设计，方差分析，残余奥氏体，硅锰合金 中图分类号TG111.5,TG145 The Optimization of Chemical Composition and Heat Treatment Parameters for Silicon-Manganese TRIP Steel' Wang Sigen Hua Lixian Wang Xu Department of Material Science and Engineering.USTB.Beijing 100083.PRC ABSTRACT Orthogonal design and variance analysis methods have been used to optimize chemical composition and heat treatment parameters for good TRIP and combination of elongation and tensile strength in low carbon low alloy silicon-manganese steels.As a result,the optimum chemical composition and heat treatment parameters have been found,an excellent combination of elongation and tensile strength(TSX T-EL=322.33 MPa.%)has been achieved in 0.28%C-1.62%Si-1.09%Mn steel at an isothermal holding temperature of 4o0℃for3 min after heating at790℃for4min. KEY WORDS TRIP(Transformation-Induced-Plasticity),orthogonal design,variance analysis, retained austenite,Si-Mn alloys Zackay首先发现相变诱发塑性（即TRP),并研制出含高Ni、Cr合金元素的相变诱 发塑性钢(TRP钢).这种钢通过TRP效应后具有优异的综合机械性能，由于该钢含有高 的贵重Ni、Cr合金元素，生产工艺相对复杂，使其应用受到限制.自Hayami等[)在双相 钢中发现具有TRP效应的残余奥氏体以来，以Si、Mn合金元素代替Ni、Cr元素的TRP 钢的研究引起人们的兴趣·日本对该项研究已取得一些进展，国内目前还未见报导.由于 TRP效应使该钢具有优异的综合机械性能，而其成本相对大大降低，因此，该研究的开展 1993-06-19收稿 第一作者男27岁助教硕士 ·冶金部教育司资助项目

第 16 卷 第 4 期 19 94 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ uma l o f U n i vers it y o f S aen 二 a n d T eC h n o lo g y eB ij in g V o l . 16 N o . 4 A雌 . 19 9 4 硅 、 锰系 T R I P 钢成分及 热处理工 艺 的优化 ’ 王 四 根 花 礼先 王 绪 北京 科 技大学 材料 科 学与 工 程 系 , 北京 1侧X阳3 摘要 本文采用 正 交设计及方差分析 法 , 对获取 良好 T R」P 效应 的 is 、 M n 系 低碳低 合 金钢 化学 成分及热处理工艺进行 了优 化 . 结果 表 明 : 化 学成 分为 .0 28 % C 一 1 . 62 % iS 一 1 . 的% M n 的 钢 , 经等 温淬火工艺7卯℃ x 今n j n ~ 《 刃℃ x 3mj 司比理后 , 获得最佳综合机械性能 , 强塑积达32 3 3M只l · % . 关健词 相 变诱 发塑性 , 正 交设计 , 方差 分析 . 残余奥氏 体 , 硅 锰合金 中图分类号 T G l l 一 5 , I U 145 T h e O P t i而az t i o n o f C he 而ca l C o m P o s it i o n a nd H e a t T r ea t r 记nt P a r a ner et sr fo r S ilico n 一 M a ng a nes e T R I P S et l ’ W “ n g 5 19朗 D e P a rt m e n t o f M a t en al S d e n ce 月“ a L i x i a n W a ng a n d E n g i n e e r i n g , U S T B B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C A B S T R A C T O rt h o g o n a l d es ig n a n d v a ir a n ce a an lys is n r t h o ds h a ve 卜泥n 11岌过 ot o P t让in 及 ch enu ca l co m Po s it io n a n d h份t t代级 t rne t Pa ar rne te rs of r g o o d T R IP a dn co m b l n a t i o n o f oel gn a it o n a dn t e ns ile s t卿g t h in l o w 以r ob n ol w a l o y s il co n 一 anI n g a nes s te 卜 . sA a res ul t , het o P t lm u m ch eur ca l co m P o s iit o n a n d h雌t t 代之 t n r n t Pa ar n r t e sr h a ve be en fo u x dl , a n ex a 沮即 t co m b ian iot n o f elo n g a t in n a n d t e ns ile s t enr g ht (乃 X T 一 E乙 = 3 2 2 . 3 3 M P a · % ) h as be en a ch l e v de in 0 . 2 8 % C 一 1 . 6 2% 5 1一 1 . 0 9 % M n st e l a t a n is o t h e n T 以 1 h o ld in g t e m P aer t 切此 o f 粼X) ℃ fo r 3 n a ft e r h雌 tin g a t 7 9 0 ℃ fo r 4 nmr . KE Y W O R I巧 T R IP 汀ar ns fo n T坦 t i o n 一 I n d u “ 对一 P las t id yt ) , o rt h o g o n a l d es ign , v a ir a n ce a n a lys is , 化扭I n de a us ten let , is 一 M n a lo ys aZ 盛ay 川 首 先发 现相 变诱发 塑性 ( 即 T R IP ) , 并研 制 出含高 iN 、 C r 合 金 元 素 的 相 变 诱 发塑性 钢 ( T R IP 钢 ) . 这种 钢通 过 T R IP 效 应后 具有 优异 的综 合机 械 性 能 . 由于 该 钢 含 有 高 的贵 重 iN 、 C r 合 金元 素 , 生产 工 艺相 对复 杂 , 使 其 应 用 受 到 限 制 . 自 H ay a 而 等 [ ’ ] 在 双 相 钢 中发现具 有 T R护 效 应 的残 余 奥 氏 体以 来 , 以 iS 、 M n 合 金 元 素代 替 iN 、 C r 元 素的 T R IP 钢 的研究 引起人 们 的兴趣 . 日本 对该 项 研 究 已 取 得 一 些 进 展 , 国 内 目前 还 未见 报 导 . 由于 T R IP 效 应使该钢 具有 优异 的综 合机械 性能 , 而 其成 本相 对大 大 降低 , 因此 , 该 研 究 的 开 展 1卯3 一 肠 一 19 收稿 第一 作者 男 27 岁 助 教 硕 士 冶金 部教 育司 资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. 04. 005

.326 北京科技大学学报 1994年No.4 具有学术和工业价值· 1试验过程及设备 根据C、Si、Mn合金元素作用特点及焊接性要求，设计了9种不同化学成分的试验用 钢（见表1）.这9种试验用钢由工业纯铁配成不同C、Si、Mn合金元素在真空感应加热炉 中冶炼成7.0kg圆锭.冶炼好的圆锭锻造成145mm宽、20mm厚的方坯后，经4个道次将方 坯由20mm厚热轧到2.5mm厚，终轧温度为800~850℃.最后再经10道次冷轧成0.8mm 薄板，并剪切成170mm×60mm板状试样.为获得大量残余奥氏体，设计了下贝氏体区等 温淬火工艺方法，选择了9个不同的工艺参数（见表1），由表1的因素与水平表可以看 出，这是一个四因素混合水平的优化研究，选用正交表L,(9×3)来安排试验，为防止氧化 脱碳、热处理时在中温盐炉中加热；等温淬火在硝盐炉中进行，热处理后的板状试样，用钼 丝线切割机加工成标距为50mm拉伸试样及10mm×18mm残余奥氏体测试试样，拉伸试验 在MTS-810材料试验机上进行，拉伸速度为0.05mm/s.残余奥氏体在BD-78型X射线 衍射仪上测试，F靶辐射.为避免冷轧织构对试验结果影响，采用了均分强度试验法1 并用H-800电镜在200kV下对薄膜试样残余奥氏体进行观察，正交试验方差分析得出的优 化条件，经重复试验加以验证， 表1因素与水平 Table 1 Factors and level A 水平 C D 成分/% 淬火温 等温温 等温时 钢号 C Si Mn 度/℃ 度/℃ 时/min 1中 0.271.10 1.56 0.014 0.005 760 350 3 2 0.281.63 1.68 0.014 0.006 790 400 3 a 0.281.62 1.090.011 0.006 820 450 10 4 4 0292.16 1080.010 0.005 5 0.19 2.13 1.51 0.010 0.020 6 6 0.19 2.24 2.10 0.015 0.006 7 7中 0.18 2.56 1.88 0.013 0.012 8 8* 0.23 2.101.49 0.010 0.014 9 9井 0.23 2.051.93 0.010 0.012 2 试验结果及分析 相变诱发塑性通常以强塑积（即抗拉强度与总延伸率的乘积一T下×T-EL)的大小来衡 量.强塑积也是综合机械性能的表征，图1是正交试验四因素同强塑积的关系，表2是强塑 积方差分析结果，应用方差分析理论【选择最优水平时，只需对显著性因素进行选择.根 据这个原则，下面对各因素分别进行优选·

北 京 科 技 大 学 学 报 更科 年 6 N b 2 3 1 . 4 具有 学术 和 工业 价值 . 试验过程及 设 备 1 根据 C 、 i S 、 合金 元素 作 用 特 点及 焊接 性要 求 M n , 设 计 了 9 种 不 同 化 学 成 分 的试 验用 钢 ( 见表 1) . 这 9 种 试验 用钢 由工 业纯 铁 配成 不 同 C 、 iS 、 M n 合 金 元 素 在 真 空 感 应 加 热 炉 中冶 炼成 .7 ok g 圆锭 . 冶炼 好 的 圆锭锻 造成 14 5 ~ 宽 、 20 11l l n 厚 的 方 坯后 , 经 4 个 道 次 将方 坯 由 20 ~ 厚 热 轧到 2 . 5 ~ 厚 , 终轧 温度 为 8 0 一 8 50 ℃ . 最后 再经 10 道 次 冷轧 成 0 . s r n n l 薄板 , 并剪 切成 17 O ll l ll l x 60 ~ 板 状 试样 . 为获 得 大 量 残 余奥 氏体 , 设 计 了 下 贝 氏体 区 等 温 淬 火 工 艺 方 法 , 选 择 了 9 个 不 同 的工 艺 参 数 ( 见 表 l) , 由表 1 的 因 素 与水 平 表 可 以 看 出 , 这是 一 个 四 因 素混 合水 平 的优 化研究 . 选用 正交 表 与 ( 9 x 3 9 ) 来 安排 试验 . 为 防止 氧 化 脱碳 、 热处理 时在 中温 盐炉 中加 热 ; 等温 淬 火在 硝盐 炉 中进行 . 热处 理 后 的板 状试 样 , 用钥 丝 线切割 机 加工 成标 距 为 50 ~ 拉 伸试 样及 10 ~ x ls ~ 残余奥 氏 体 测试试样 . 拉 伸试 验 在 M 昭 一 8 10 材料 试验 机上 进行 , 拉伸 速度 为 .0 05 ~ / 5 . 残 余 奥 氏体在 B D 一 78 型 X 射 线 衍 射 仪 上 测 试 , F e 靶 辐 射 . 为避 免 冷 轧 织 构 对 试 验 结 果 影 响 , 采 用 了 均 分 强 度 试 验 法 13 . 并 用 H 一 8 0 电镜在 2 0 k V 下 对 薄膜 试样残 余 奥 氏体进 行观 察 . 正交 试验 方差 分 析得 出的 优 化条 件 , 经重 复 试验 加 以 验证 . 表 1 因素与 水平 1’a I盛竺 1 aF d 匕花 出 目 k , d A n C n 水平 成分 / % 钢 号 淬火温 度 / ℃ 等温 温 度 / ℃ 等温 时 时 / n l m 的印印 呼凡é月` 印刃 4 20 ,n,O2 0 2 7 0 . 2 8 02 8 0 . 29 0 . 19 0 . 19 0 . 18 0 . 2 3 0 2 3 1 . 10 1 . 6 3 1 . 6 2 2 . 16 2 . 13 .2 24 2 . 56 2 . 10 2D 5 1 . 56 1 . 68 1 . 的 1 . 08 1 . 5 1 2 . 10 1 . 88 1 . 49 1 . 9 3 0 . 0 14 0刀 14 0刀 11 0 . 0 10 0 . 0 10 0刀1 5 OD 13 0刀 10 0 . 0 10 0 . 0 5 0 . 《X场 .0 〕 1 1 .0 田5 0刀20 a 〔犯巧 OD 1 2 0 . 0 14 OD 12 1 笋产犷护尹萨沪户 ú, ù,、 4气奋孟U1 . OC, 2 2 试验结 果及分析 相 变诱发塑 性通 常 以 强 塑积 ( 即抗 拉 强度 与 总 延 伸 率 的 乘 积一 ” x T 一 E 乙) 的大小 来衡 量 . 强 塑积 也是 综合机械 性 能 的表征 . 图 1 是 正交 试验 四 因素 同强 塑积 的关 系 , 表 2 是强 塑 积方 差分 析 结果 . 应 用方 差分 析理 论 [ 礴】 选择最 优 水平 时 , 只 需 对 显 著 性 因素进 行 选 择 . 根 据这 个 原则 , 下 面对 各 因 素分 别进 行优 选

Vol.16 No.4 王四根等：硅、锰系TRP钢成分及热处理工艺的优化 327, 300 因素A 因素B 因素C 因素D 250 200 150 1#2#3#4#5#6#7#8#9# 760790820350400450 3510 钢号 淬火温度/℃。 等温温度/℃ 等温时间/min 图1强塑积(IS×T-EL)与4个因素的关系 Fig.1 Relationship between four factors and TSx T-EL 表2强塑积方差分析表 Table 2 The table of variance analysis of TSx T-EL 方差来源 平方和 自由度 均方 F值 临界F值 显著性 A 3892804 8 486601 4.31 F00(8,12)=2.24 率 119051 2 59525 0.53 Fao(2.12)=2.81 67042 2 33521 0.30 F61o(212)=2.81 D 797496 2 398748 3.53 F。o(2,12)=2.81 AxB 666503 g 166626 1.48 F0(4,12)=2.48 A×C 679505 4 169876 1.51 F01w(4,12)=2.48 AxD 496892 4 124223 1.10 Fo0(4,12)=2.48 BxC 1193240 4 298310 2.64 F0o(4,12)=2.48 BXD 3348185 4 837046 7.42 F0o(4,12)=2.48 率 CXD 671129 4 167782 1.49 F01o(4,12)=2.48 误差 1704087 12 112842 2.1化学成分 从表2可见，化学成分（以A表示）对强塑积影响显著.强塑积越大，综合机械性能 越优异，TRP效应越明显，由图1(a)可见，水平3对应的强塑积最大，说明了3#钢的化 学成分最优. 2.2热处理工艺 在热处理工艺三因素中，等温时间D是显著性因素（见表2），由图1()可见，水平1对 应的强塑积最大，表明等温时间3min最优， 淬火温度不是显著性因素，但它与等温时间的交互作用显著（见表2），利用淬火温度B 与等温时间(D)的水平组合来考察BD,从表3a)可以看出B,D,最大，B,D其次.虽然B,D 也较大，但D表示等温时间为l0in,等温时间长，不利于工业生产的实现，因此，淬火 温度790℃最好，820℃其次·

V6 1 . 16 N O . 4 王 四 根等 : 硅 、 锰 系 T R I P 钢成分及 热处理工 艺的 优化 。 _ … 因 素 A 因 素 B 因 素 C 因 素 D 丫 、 {兰_ } . }一 }} 气 声 . 、 . , . 二 沪 . 尸 } _ r 己匕、 _ Z }} 入_ — 又7 一 . . . , . . . . , . , 、 一 . l . . . . . I . 3025150 ”d芝闷叫\卜! x势 钢 号 淬火 温 度 / ℃ 等温 温度 / ℃ 等 温 时间 /mr n 图 1 强塑积 (万 x T 一 E 乙)与4 个 因素 的关 系 瑰J R出坟瓜如p b时, 限犯. 肠刀叮 血 d 欧路 . 川 75 x T 一 石乙 表 2 1油.众 2 1飞比 怕州晚 强塑积方差分析表 J v a 们日 口戈 助目班台 of 7S x T一 EL 方差 来源 平方和 自由度 均 方 F 值 临界 F 值 显著性 麟3153048sl2or 片月ǎ 00 , j1 勺乙ōz A B C D A x B A x C A x D B x C B 火 D C x D 误差 3 89 2捌科 1 19 0 5 1 67以2 797 4 96 〔丈石 50 3 679 印5 4% 892 1 l 9 3 24() 3 只 8 185 6 7 1 129 1 7以 08 7 48 6 印 l 59 52 5 33 52 1 398 748 1砧 6 26 169 876 124 2 2 3 298 310 837 (渊随 16 7 782 1 12 84 2 1 . 49 F 。 ! 。 ( 8 , 1 2 ) = 2 . 24 F o . 。 ( 2 . 12) = 2名l F 。 ,。 ( 2 , 12 ) 二 2 . 8 1 F 。 ,。 ( 2 , 1 2) = 2 . 81 F o l。 ( 4 , 12 ) = 2 . 48 F o l。 ( 4 , 12 ) = 2 . 48 F o l。 (4 , 12 ) = 2 . 48 F o l。 (4 , 12 ) = 2 . 铭 F 。 ,。 ( 4 , 12 ) = 2 一 48 F 。 !。 ( 4 , 12 ) = 2 . 铭 41282 2 . 1 化 学 成分 从 表 2 可 见 , 化学 成分 ( 以 A 表示 ) 对强 塑 积 影 响显 著 . 强 塑积 越 大 , 综 合机 械 性 能 越优 异 , T R IP 效 应越 明显 . 由 图 1a( ) 可见 , 水 平 3 对 应 的 强 塑积 最 大 , 说 明 了 3 # 钢 的 化 学成分最优 . 2 . 2 热 处 理工艺 在热处理工 艺三 因素 中 , 等 温时间 D 是显 著性 因 素 (见表 2) , 由图 1 (d ) 可见 , 水平 1 对 应的 强塑积 最大 , 表 明等 温 时间 3而 n 最优 . 淬火温 度不 是显 著性 因 素 , 但 它 与等 温 时 间的交 互作 用显 著 ( 见表 2) , 利 用淬 火温 度 B 与等 温 时 间 ()D 的水 平组 合来 考察 B耳 , 从表 3 (a ) 可 以 看 出 B Z q 最大 , B 3 Q 其次 . 虽然 B l玖 也较 大 , 但 玖 表示 等 温 时间为 10 而n , 等温 时 间 长 , 不 利 于 工 业 生 产 的实 现 , 因 此 , 淬 火 温度 7 90 ℃最 好 , 8 20 ℃ 其 次

·328 北京科技大学学报 1994年No.4 等温温度也是非显著因素，同样它同淬火温度的交互作用显著（见表2）·表3b)是其 水平组合，在B,C、BC中，B,CB,C,组合都比较好，综合考察其他因素，优选水平， 等温温度为400℃较好，450℃其次. 综合上述优选分析结果，工艺B,CD,组合最优，B,C,D其次（加热保温时间均为 4min).因此最佳热处理工艺为：790℃×4min→400℃×3min,其次是820℃×4min→ 450℃×3min. 为了验证正交试验方差分析得出的优化条件的正确性，进行了重复试验，首先验证最佳 工艺.表4)是2#、3#钢分别在方差分析优化的最佳工艺B,C,D及次优工艺B,CD,下的 残余奥氏体及强塑积的结果·显然，2#和3#钢均在工艺B,C,D,下获得的结果更好，这就 进一步证实了工艺790℃×4min·400℃×3min是最优的. 其次验证成分.表4b)是1*、4共、6#、8#钢在最佳工艺B,C,D下的残余奥氏体及强塑 积结果.结合表4(@)中2#、3#在B,C,D下的结果，可清楚地看出，3#钢获得的强塑积是 最高的，达322.33MPa·%,残余奥氏体为17.10%，说明3#成分确实最优. 表3交互作用水平组合 Table 3 Composition of interaction level (a)BXD (b)B×C B: B3 B, B, B D -226.28 676.63 221.68 C 2.62 -16.78 35.66 -49.36 -756.35 258.15 C 386.24 117.28 -138.31 D 483.96 -28.95 -108.75 C -180.54 -209.18 473.73 表4重复试验(a)在不同工艺参数及(b)不同化学成分下的T下×T-EL和r.结果 Table 4 The TSx T-EL and rg in repeating experimnent (a) (b) 钢号 工艺 TS×T-EL/MPa%rR/% 钢号 工 艺 T下xT-EL/MPa·%rR/% 2# B,C,D 310.30 17.89 1# B,CD 258.02 13.9 海 B.CD 206.52 7.18 4# B,C,D 313.37 17.12 3共 B,C.D 322.33 17.10 6 B,CD 232.2 16.80 3共 B,C,D 300.78 8.92 8肿 B,C.D 250.41 10.20 3讨论 硅锰系低碳低合金相变诱发塑性（即T℉P)效应受钢的化学成分及热处理工艺的影响.钢 中获得的残余奥氏体及其稳定性是产生TP效应的关键.残余奥氏体在应变作用下产生 TRP转变，发生马氏体相变时增加钢的强度，同时TRP转变时伴随大量加工硬化，提高 了钢的延性，所以往往用强塑积来衡量与反映T℉P效应.图2是3#最佳工艺处理后薄膜 电镜照片，从照片中可以清晰地看到残余奥氏体的存在（经衍射花样标定证实）

· 3 2 8 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1望科 年 N b . 4 等温温 度也是 非显 蔷 因素 , 同样 它 同淬 火温 度 的交 互 作 用 显 著 ( 见 表 2) . 表 3 山) 是其 水 平组 合 , 在 B Z c 、 B 3 c 中 , B 3 C 3 、 B 2 C Z 组 合都 比 较 好 , 综 合考 察 其 他 因素 , 优 选水 平 , 等 温 温度 为 4X() ℃ 较 好 , 45 0 ℃ 其 次 . 综 合上 述 优 选 分 析 结 果 , 工 艺 B Z C Z q 组 合 最 优 , B 3C 3耳 其 次 (加 热保 温 时 间 均 为 4 n 五n ) . 因此 最佳 热处理 工 艺为 : 7 90 ℃ x 4 而 n 一 4 0 ℃ x 3 ~ , 其 次 是 8 20 ℃ x 4 ~ ~ 4 50 oC x 3而n . 为 了验证正 交试 验方差 分 析得 出 的优化 条件 的 正确性 , 进行 了重复 试验 . 首 先验 证最 佳 工艺 . 表 4 (a ) 是 2 # 、 3 # 钢分 别 在方 差分 析优 化 的最佳 工 艺 B Z C Z q 及 次 优工 艺 B 3 C 3马 下 的 残余奥 氏体及 强 塑积 的结果 . 显 然 , 2 # 和 3 # 钢 均 在 工 艺 B ZC Z口 下 获 得 的 结果 更 好 , 这 就 进一 步证实 了工艺 7 90 ℃ x 4而n ~ 4 0 ℃ x 3而 n 是最优 的 . 其次验证 成分 . 表 4 伪) 是 1 # 、 4 # 、 6 # 、 8 # 钢 在最 佳工 艺 B Z C Z马 下 的残余奥 氏体及 强塑 积结 果 . 结合表 4 a( ) 中 2 # 、 3 # 在 B Z C Z玖 下 的结果 , 可 清楚 地 看 出 , 3 # 钢 获 得 的 强 塑积 是 最高 的 , 达 32 3 3 M P a · % , 残 余奥 氏体为 17 . 10 % , 说明 3 # 成 分确 实最优 . 表 3 交互作 用 水平组合 aT 决 3 C俐四如加 of in et ar 比佣 k , d ( a ) B x D ( b ) B x C B : B Z B 3 B I B Z B 3 口 一 2 6 . 邓 67 6 . 63 2 2 1 . 韶 C l 2 . 62 一 16 . 78 35 . 肠 q 一 钓 . 36 一 7肠 . 35 25 5 . 15 C : 386 . 24 117 . 邓 一 135 . 3 - 几 48 3 . % 一 28 . 95 一 1 08 . 75 q 一 180 . 又 一 2的 . 18 473 . 73 表 4 重复试验 ( a) 在不 同工艺参数及 (b) 不同化 学成分下的 万 x T 一 EL 和 r : 结果 aT 决 4 1飞比 75 x T 一 EL al 目 r , 加 魂 p组 自心 e甲的I川 ( a ) ( b ) 钢号 工 艺 7S x T 一 EL /M aP · % 帐 / % 钢号 工 艺 7S x T 一 EL / M 氏 · % 帐 / % 2 # B Z C Z玖 3 10 . 3() 17 . 89 1 # B Z C Z Q 258 . 02 13 . 9 产 B 3 C 3 Q 珊 . 52 7 . 18 护 B Z C Z q 31 3 . 37 17 . 12 3 # B Z C Z q 32 . 33 17一o 犷 B Z C Z p 23 2 . 2 16 . 80 3 # B 3 C 3马 划 . 78 8 . 9 2 沪 B Z C Z q 现 . 4 1 10 . 20 3 讨 论 硅 锰 系低碳 低 合金相 变诱发 塑性 ( 即 T R IP )效 应受钢的化学成分及热处理 工 艺的影 响 . 钢 中获得 的残 余奥 氏体 及 其 稳 定 性 是 产 生 T R IP 效 应 的 关 键 . 残 余 奥 氏体 在 应 变 作 用 下 产 生 T R IP 转 变 , 发生 马 氏体相 变 时增 加钢 的强 度 , 同 时 T R IP 转 变 时伴 随大 量 加 工 硬 化 , 提 高 了钢 的延 性 , 所 以 往 往 用强 塑积 来衡 量 与反 映 T R IP 效 应 . 图 2 是 3 # 最 佳 工 艺 处 理后 薄膜 电镜 照片 , 从照 片 中可 以 清 晰地 看到 残余奥 氏体 的存在 ( 经衍 射花样 标 定证实 )

Vol.16 No.4 王四根等：硅、锰系TRP钢成分及热处理工艺的优化 .329. 钢的化学成分是通过影响奥氏体的稳定性及M,与M: 之间的温度差来影响TRP效应的，在Si元素贝氏体 转变中，通过铁素体中C原子转移到剩余奥氏体中的 作用，使铁素体“净化”，从而使剩余奥氏体由于富碳 而增加稳定性；C、Mn元素在奥氏体中富集，降低M, 点，也提高了奥氏体稳定性，两者均有利于室温下获 得稳定残余奥氏体，从而为获得良好TRP效应及优 异综合机械性能创造了条件，3#钢获得的强塑积最高， 表明3#钢中C、Si、Mn元素的综合作用最有利于获 300 363 得产生TRP效应的稳定残余奥氏体及M,与M温度. 热处理工艺也是通过影响残余奥氏体量及其稳定 图23产钢TM照片(790℃×血+ 性而影响TRP效应的，要si、Mn系低碳低合金钢获得 400℃×3amim) 大量残余奥氏体，仅靠临界区退火时发生的C、Mn、S再 Fig.2 Transmissiou electron micrograph of steel 3 分配是不够的，还须采用下贝氏体区等温淬火的办法. 正交试验结果经方差分析和重复试验证明了工艺790℃×4min·400×3min是最优 的，820℃×4min→450℃×3min其次，其原因可能是：(1)820℃淬火加热，温度比790℃ 相对高，钢中奥氏体体积分数增加，奥氏体内部合金元素含量下降，使M点升高，最终 获得的残余奥氏体量比790℃淬火加热要少；(2)450℃等温，相对于400℃，原子在剩余 奥氏体中聚集可能相对减少，这也降低了室温时所获残余奥氏体量及其稳定性.表4()例出的 残余奥氏体量，也显示出在820℃×4min→450℃×3min工艺下得到的残余奥氏体比790℃ ×4min→400℃×3min工艺下所得的低得多. 在热处理最佳工艺参数中，等温时间最佳为3in,这样短的时间，易于工亚生产的实 现，有重要的现实意义· 4结论 对于Si、Mn系TRP钢，其TRP效应受钢的化学成分及热处理工艺控制.化学成分 为0.28%C-1.62%Si-1.09%Mn,经等温淬火工艺790℃×4min→400℃×3min处理后， 获得最优异的综合机械性能，强塑积达322.33MPa·%,残余奥氏体为17.10%，是获得最 佳TRP效应的最优化学成分及热处理工艺. 参考文献 1 Zackay V F,Parker E R,Fahr D,et al.The Enhancement of Ductility in High Strength Steel.Trans Am Soc Mat,1967,60:252 2 Hayami S,Furukawa T.Microalloying 75 Union Carbide Corp.New York,1975,311 3王世中，刘福顺.织构合金相含量测量.理化检验（物理分册），1990,26(3)：27~28 4中国科学院数学研究所统计组编.常用数理统计方法.北京：科学出版社，1974,34~82

V匕1 . 16 N 心 . 4 王 四 根等 : 硅 、 锰系 1卫」P 钢成分及热处理工艺 的优化 图 2 护 钢 T E 竹 照片 (侧叹l ℃ x 翻l加 ~ 成刃 ℃ x 加血 , ) T m正盯出啼阅 d 仪扛. . . 川, 犯门 户 of 劝. 日 护 ℃ x 4而 n ~ 粼刃 x 3 r n u l 是 最 优 8 20 ℃ 淬火加热 , 温度 比 7 9 0 oC 卿790(l) 钢的化学成分是通过影 响奥氏体的稳定性及 Ms 与城 之 间 的 温度 差 来影 响 T R IP 效 应 的 . 在 is 元 素 贝 氏体 转 变 中 , 通过 铁素体 中 C原 子转 移到 剩余奥 氏体 中的 作用 , 使铁素体 “ 净化 ” , 从而使剩余奥氏体由于 富碳 而增加稳定性 ; C 、 M n 元 素在 奥 氏体中富集 , 降低 M , 点 , 也提 高 了奥 氏体 稳定 性 . 两 者均 有利 于 室温 下获 得 稳 定残 余奥 氏体 , 从 而 为 获 得 良好 T R IP 效 应 及优 异综合机械性能创造 了条 件 . 3 # 钢获得 的强塑 积最 高 , 表 明 3 # 钢 中 C 、 is 、 M n 元 素的 综 合作用 最 有 利 于 获 得 产生 T R IP 效 应 的 稳 定 残 余奥 氏体 及 Ms 与风温 度 . 热处理 工艺 也是 通 过影 响残余奥 氏体量 及其 稳定 性而影啊限正效应的 . 要使5 1 、 M n 系低碳低合金钢 获得 大量残余奥氏体 , 仅靠临界区退火时发生的C 、 M n 、 5 1再 分配是不够 的 , 还须采用下 贝氏体区等温淬火的办法 . 正 交 试 验结 果 经 方 差 分 析 和重 复 试 验 证 明 了工 艺 的 , 8 2 0 ℃ x 4 而n ~ 4 5 0 ℃ x 3 n 刀n 其次 , 其 原因可能是 : 相对高 , 钢 中奥 氏体体积 分 数增 加 , 奥 氏 体 内部 合金 元 素含 量 下 降 , 使 Ms 点 升 高 , 最 终 获得 的残 余奥 氏体量 比 79 0 ℃ 淬 火 加热 要少 ; ( 2) 45 0 ℃ 等温 , 相 对于 4 以) ℃ , 原 子 在 剩 余 奥氏体中 聚集 可 能相 对减 少 , 这 也降低 了室温 时所 获残余奥 氏体量及其稳定性 . 表 4 a( 冽 出的 残余奥 氏体量 , 也显示出在 8 20 ℃ x 4 n 刀 n ~ 4 50 ℃ x 3 n 刀 n 工艺 下得 到 的残余奥 氏体 比 79 0 ℃ x 4 ~ ~ 月栩〕 ℃ x 3 ~ 工 艺 下所 得 的低得 多 . 在 热 处理 最 佳 工 艺 参数 中 , 等 温时间最 佳 为 3而 n , 这样 短 的时 间 , 易 于工 亚生产 的 实 现 , 有 重要 的现 实意 义 . 4 结 论 对于 is 、 M n 系 T R IP 钢 , 其 T R IP 效应 受 钢 的 化 学成 分 及 热处理 工 艺 控 制 . 化 学 成分 为 .0 28 % C 一 1 . 62 % iS 一 1 . 0 9 % M n , 经等 温 淬 火 工 艺 7 90 ℃ x 4 ~ ~ 4 0( ) ℃ x 3 ~ 处理 后 , 获得最优异的 综合机 械性 能 , 强 塑 积 达 3 2 3 3 M P a · % , 残 余奥 氏体 为 17 . 10 % , 是 获 得 最 佳 T R IP 效应 的最优 化学 成分 及 热处理工 艺 . 参 考 文 献 1 2妞d 沮 y V F , R 川比 r E R , F al 叮 D , et al 厂1飞祀 E址祖n( 脚. m t o f D ` iltj yt in H ihg S lent hgt S往兄 1 . T n u 招 A m S x M a t , l % 7 , 印 : 25 2 2 物界mj s , F 也训妞认敬 T . M 沁or al fo 势ng 75 U n 幻 n C知七让晚 bC 印 . N 七w oY kr , 1 97 5 , 31 1 3 王 世 中 , 刘福顺 . 织构合金相含量测量 . 理化检验 (物理分册 ) , 19叭〕 , 26 ( 3) : 27 一 28 4 中国 科学院数学研究所统计组编 . 常用 数理统计方法 . 北京 : 科学 出版社 , 1974 . 34 一 82