D01:10.13374.isml001053x2007.s2.067 第29卷增刊2 北京科技大学学报 Vol.29 SuppL 2 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 退火温度对25Mm3Si3AI一TWIP钢 组织和力学性能的影响 米振莉唐荻代永娟王海全 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 摘要研究了不同退火温度对25M一3S一3A一TWP钢组织和力学性能的影响.结果表明经1000℃退火后，此钢种可达 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李品.通过TEM观察内部为大量的层错和李晶共存结构.在随后的拉伸变形过程中产生大量形变孪品. 发生了TWIP效应一李晶诱发塑性效应，使钢板具有优良的力学性能. 关键词退火温度：TWP钢：退火孪晶：形变孪晶 分类号TG337 汽车工业的迅速发展推动了钢铁业的技术进 表1实验钢成分 W1% 步，汽车的轻量化和节能降耗一直是汽车用钢研究 元素C Si Mn P S Al Fe 的重点，对汽车用钢的强度和韧性进行深度开发，其 含量001528925.000061000433.02余量 中采用高强度和超高强度的钢板是一个重要的研究 方向.TWP钢(Twinning induced plastic)又称孪晶 板坯在350四/二辊热轧实验机上热轧后，在 诱导塑性钢，是近几年国内外比较关注的高强度、高 430四/二辊双机架冷轧实验机冷轧，分别在800℃ 塑性的汽车用钢之一，该钢在无外载荷的条件下， 900℃，950℃，1000℃进行退火试验，退火后空冷. 室温组织是稳定的残余奥氏体，基体中存在大量的 按照GB3076一82标准，采用线切割沿轧制方向切 退火李晶，一旦施加一定的外部载荷后，因为应变诱 取拉伸试样.在MTS一810型拉伸试验机上进行力 发产生机械孪晶，发生大的无颈缩延伸，表现出优良 学性能测试，室温下采用103。的拉伸速率. 的机械性能，如高的应变硬化率、高的塑性值和高的 在垂直于轧制方向的横截面上，从拉伸前、后的 强度刂 钢板上线切割制取金相，透射电镜、X射线试样.通 目前国内外对TWP钢的研究工作处于实验 过光学显微镜，透射电镜(TEM)以及X射线衍射对 室阶段，尚未进行工业化生产.为进一步深化对 实验钢拉伸变形前后的组织进行进一步的观察分 TWIP钢力学性能和组织变化规律的了解，本文对 析，确定变形后组织中的相组成以及组织.其中光 25Mn典型TWIP钢的关键工艺一退火制度进行 学显微组织用4%硝酸酒精溶液侵蚀.透射电镜样 了详细的探讨.研究了不同退火温度对于TWP钢 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一800透射电镜，工作电压 性能的影响，通过显微组织和力学性能分析，总结了 为2O0kV.用MXP2 IVAHF型X射线衍射仪和C TWIP钢的热处理工艺，初步阐述了TWP钢获得 靶照射进行物相分析. 高强度高塑性的微观机理.为今后TVIP钢的进一 步开发，取得更好的综合力学性能提供参考. 2 实验结果与讨论 1 实验材料和方案 2.1力学性能测试 实验用TWP钢采用电磁感应炉真空熔炼，氩 冷轧压下率65%的钢板经不同温度退火后的 气气氛保护，浇铸成板坯.化学成分如表1所示. 力学性能如图1和表2所示.由于应力一应变曲线 上没有明显的屈服平台，规定非比例强度σ2作为 收稿日期：2007-09-28 钢板的屈服强度 基金项目：国家自然科学基金项目(No.50575022) 作者简介：米振莉(1971一），女.副研究员.博士
退火温度对 25Mn-3Si-3Al -TWIP 钢 组织和力学性能的影响 米振莉 唐 荻 代永娟 王海全 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心, 北京 100083 摘 要 研究了不同退火温度对 25Mn-3Si-3Al-TWIP 钢组织和力学性能的影响.结果表明经 1 000 ℃退火后, 此钢种可达 到 640 MPa 左右的抗拉强度和255 MPa 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 退火温度;TWIP 钢;退火孪晶;形变孪晶 分类号 TG337 收稿日期:2007-09-28 基金项目:国家自然科学基金项目( No .50575022) 作者简介:米振莉( 1971—) , 女, 副研究员, 博士 汽车工业的迅速发展推动了钢铁业的技术进 步, 汽车的轻量化和节能降耗一直是汽车用钢研究 的重点, 对汽车用钢的强度和韧性进行深度开发, 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 .TW IP 钢( Tw inning induced plastic) 又称孪晶 诱导塑性钢, 是近几年国内外比较关注的高强度、高 塑性的汽车用钢之一.该钢在无外载荷的条件下, 室温组织是稳定的残余奥氏体, 基体中存在大量的 退火孪晶, 一旦施加一定的外部载荷后, 因为应变诱 发产生机械孪晶, 发生大的无颈缩延伸, 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 TW IP 钢的研究工作处于实验 室阶段, 尚未进行工业化生产 .为进一步深化对 TWIP 钢力学性能和组织变化规律的了解, 本文对 25M n 典型 TWIP 钢的关键工艺 ———退火制度进行 了详细的探讨, 研究了不同退火温度对于 TW IP 钢 性能的影响, 通过显微组织和力学性能分析, 总结了 TWIP 钢的热处理工艺, 初步阐述了 TW IP 钢获得 高强度高塑性的微观机理 .为今后 TWIP 钢的进一 步开发, 取得更好的综合力学性能提供参考. 1 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 w t % 元素 C Si M n P S Al Fe 含量 0.015 2.89 25.00 0.061 0.004 3 3.02 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, 分别在800 ℃、 900 ℃、950 ℃、1 000 ℃进行退火试验, 退火后空冷. 按照 GB3076 —82 标准, 采用线切割沿轧制方向切 取拉伸试样.在 M TS -810 型拉伸试验机上进行力 学性能测试, 室温下采用 10 -3 s -1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 200 kV .用 MXP21VAHF 型 X 射线衍射仪和 Cu 靶照射进行物相分析. 2 实验结果与讨论 2.1 力学性能测试 冷轧压下率 65 %的钢板经不同温度退火后的 力学性能如图 1 和表 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. 第 29 卷 增刊 2 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 Suppl.2 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.s2.067
。118 北京科技大学学报 2007年增刊2 由延伸率变化来看，钢板的塑性随着退火温度 1400 1200 800℃ 的升高而提高，由800℃退火时的60%左右提高至 900℃ 1000C退火时的80%左右，塑性提高了20%，其中 1000 1000℃ 试验用钢的塑性最好值达到了84%.可见提高退火 800 温度可明显改善钢的塑性 600 图1是TWIP钢在不同温度退火后的真应力 400 退火温度/℃ 真应变曲线，由图可见在800C退火后钢的真应力 200 最高达到1300MPa,同时真应变为035.在1000 0 ℃退火后钢的真应力达到1100MPa,真应变最高达 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.6 真应变 到0.55以上. 由以上分析可见，不同的退火温度能获得不同 图1TMP钢在不同温度退火的真应力真应变曲线 的力学性能，即退火温度对TWIP钢的力学性能至 表2TMP试验钢不同温度退火后的力学性能 关重要 编号 G/MPa om√MPa % 退火温度℃ 2.2显微组织分析 1 255 640 800 1000 图2为试验钢板经不同温度退火后未变形的光 2 315 705 75.4 950 学显微组织.退火后的组织有边界平直的退火孪晶 3 425 785 681 900 出现.组织晶粒度随退火温度的升高而增大，由 4 565 840 59.0 800 800℃时的3~5m增大到1000℃时的20~ 40m,而且可以观察到1000℃退火后的基体中全 由表2可以看出，在不同的工艺条件下，钢板的 部是边界平直的大块退火孪晶. 抗拉强度最高可达840MPa,最低也达到了640 图3为经不同温度退火拉伸变形后的光学显微 MPa,钢板的抗拉强度随退火温度的升高而下降，总 组织.在外力作用下，在原有退火孪晶内部发生变 体降低了200MPa屈服强度也由565MPa降到了 形，产生了大量更为细小的形变李晶. 255MPa降幅达300MPa可见退火温度对强度有 研究表明，当退火温度在800℃时，组织处于部 显著影响. 分再结晶阶段，有一部分退火孪晶出现，尺寸较小， d 3μm 5 jm 5μm 5μm 图2不同温度退火后的金相显微组织.(a800℃：(b)900℃，(9950℃；(d山1000℃ 5 Hm 5 um m 图3不同温度退火拉伸变形后的金相显微组织.(a)800℃，(b)900℃：(c)950℃，(d山1000℃
图 1 TWIP 钢在不同温度退火的真应力-真应变曲线 表 2 TWIP 试验钢不同温度退火后的力学性能 编号 σb / MPa σP0.2 / MPa δ/ % 退火温度/ ℃ 1 255 640 80.0 1 000 2 315 705 75.4 950 3 425 785 68.1 900 4 565 840 59.0 800 由表 2 可以看出, 在不同的工艺条件下, 钢板的 抗拉强度最高可达 840 M Pa, 最低也达到了 640 M Pa, 钢板的抗拉强度随退火温度的升高而下降, 总 体降低了 200 MPa;屈服强度也由 565 M Pa 降到了 255 MPa, 降幅达 300 MPa, 可见退火温度对强度有 显著影响 . 由延伸率变化来看, 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 1 000 ℃退火时的 80 %左右, 塑性提高了 20 %, 其中 试验用钢的塑性最好值达到了 84 %.可见提高退火 温度可明显改善钢的塑性. 图 1 是 TWIP 钢在不同温度退火后的真应力- 真应变曲线, 由图可见在 800 ℃退火后钢的真应力 最高达到 1 300 M Pa, 同时真应变为 0.35 .在 1 000 ℃退火后钢的真应力达到 1 100 M Pa, 真应变最高达 到 0.55 以上 . 由以上分析可见, 不同的退火温度能获得不同 的力学性能, 即退火温度对 TWIP 钢的力学性能至 关重要 . 2.2 显微组织分析 图 2 为试验钢板经不同温度退火后未变形的光 学显微组织 .退火后的组织有边界平直的退火孪晶 出现.组织晶粒度随退火温度的升高而增大, 由 800 ℃时的 3 ～ 5 μm 增大到 1 000 ℃时的 20 ～ 40 μm, 而且可以观察到 1 000 ℃退火后的基体中全 部是边界平直的大块退火孪晶. 图 3 为经不同温度退火拉伸变形后的光学显微 组织 .在外力作用下, 在原有退火孪晶内部发生变 形, 产生了大量更为细小的形变孪晶 . 研究表明, 当退火温度在 800 ℃时, 组织处于部 分再结晶阶段, 有一部分退火孪晶出现, 尺寸较小, 图 2 不同温度退火后的金相显微组织.( a) 800 ℃;( b) 900 ℃;( c) 950 ℃;( d) 1 000 ℃ 图 3 不同温度退火拉伸变形后的金相显微组织.( a) 800 ℃;( b) 900 ℃;( c) 950 ℃;( d) 1 000 ℃ · 118 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 2
Vol.29 SuppL 2 米振莉等：退火温度对25Mm一3S3A一TWP钢组织和力学性能的影响 119。 拉伸变形后出现明显的变形带，仅有极少量的形变 2.3TEM组织观察和X射线衍射分析 孪晶.随退火温度的升高，再结晶过程趋于完成，边 为了进一步分析钢板变形前后的微观组织，本 界平直的退火李晶量增多，晶粒尺寸也相应增大，在 实验进行了XD分析以及TEM微观组织观察. 外力作用下，变形后的形变孪晶增多，孪晶尺寸增 XD试验结果表明，试验钢板冷轧态时的晶体结构 大.通过光学显微镜很容易可分辨出1000℃退火 是面心立方，如图4所示.图4(a)表明，TWP钢经 时形变李晶的存在，且尺寸较大，如图3(d)所示.由 800C退火后，其组织为体心立方结构和面心立方 此可见，TWIP钢完成了再结晶后，李生进行的越充 结构的两相组成.图4(b)则表明钢板1000C退火 分，TWIP效应越明显.而出现TWIP效应是使钢 后的衍射图谱全部为面心立方结构. 板获得优良力学性能的必要条件. (a) (b) 2000 1500 《永书)票 022-695-92 1500 (III).8SEb-0Z 82266696602 1000 01)6096782 002):6K:00-82 (1v6900-0t 1000 1(00293-60:00982 (1e06906-02 500 (002686t5-ez 500 30 40 60 70 80 90 30 40 50 60 70 80 90 2a() 2() 图4TWP钢板在不同温度退火的XRD图.(a)800℃：(b)100℃ 8O0C退火后的试验钢板经TEM进行微观组 状的形貌.层错部分显示具有平行条纹的区域，多 织观察，如图5()所示，从组织形貌看为多边形铁 数是由于层错能较低，由全位错分解而来的两个偏 素体和奥氏体组成，并且在奥氏体晶粒中有少量的 位错.两个偏位错间的晶体，发生错排即为层错区， 层错和孪晶存在，见图5(b),结合Fe一MC三相相 也就是在电镜下看到的条纹区. 图习分析，此时为非平衡态组织，即800℃时退火后 发生了相变.钢板1000C退火后的XRD分析全部 为面心立方结构，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共存，如图6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.由图7（所示的退火孪晶，孪晶间距很细小，只 B 有0.5m.图7(b)所示为层错的形貌，表征为很细 0.4m 很细一层一层的条纹.据资料介绍到这是Shockley 位错包围的层错，与试样上下膜面相截，形成平行片 图61000℃退火后钢板的TEM微观组织 图8为1000℃退火拉伸变形后的TEM明场 像，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，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. 0.3m 0.24m 2.4机理分析 试验用Fe一25Mn-3Si-3A1TWIP钢由化学成 图5800℃退火后钢板的TEM微观组织.(a)微观组织：(b) 分决定了其较低的层错能(Yi≤20mJ/m2).而在 退火李晶和层错 低层错能的面心立方金属的退火组织中经常看到一
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, 再结晶过程趋于完成, 边 界平直的退火孪晶量增多, 晶粒尺寸也相应增大, 在 外力作用下, 变形后的形变孪晶增多, 孪晶尺寸增 大.通过光学显微镜很容易可分辨出 1 000 ℃退火 时形变孪晶的存在, 且尺寸较大, 如图 3( d) 所示.由 此可见, TWIP 钢完成了再结晶后, 孪生进行的越充 分, TWIP 效应越明显 .而出现 TWIP 效应是使钢 板获得优良力学性能的必要条件. 2.3 TEM 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. XRD 试验结果表明, 试验钢板冷轧态时的晶体结构 是面心立方, 如图 4 所示.图 4( a) 表明, TWIP 钢经 800 ℃退火后, 其组织为体心立方结构和面心立方 结构的两相组成.图 4( b) 则表明钢板 1 000 ℃退火 后的衍射图谱全部为面心立方结构. 图 4 TWIP 钢板在不同温度退火的 XRD 图.( a) 800 ℃;( b) 1 000 ℃ 图 5 800 ℃退火后钢板的 TEM 微观组织.( a) 微观组织;( b) 退火孪晶和层错 800 ℃退火后的试验钢板经 TEM 进行微观组 织观察, 如图 5( a) 所示, 从组织形貌看为多边形铁 素体和奥氏体组成, 并且在奥氏体晶粒中有少量的 层错和孪晶存在, 见图 5( b) , 结合 Fe-Mn-C 三相相 图[ 2] 分析, 此时为非平衡态组织, 即 800 ℃时退火后 发生了相变.钢板 1 000 ℃退火后的 XRD 分析全部 为面心立方结构, 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共存, 如图 6 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.由图 7( a) 所示的退火孪晶, 孪晶间距很细小, 只 有 0.5 μm .图 7( b) 所示为层错的形貌, 表征为很细 很细一层一层的条纹.据资料介绍[ 3] 这是 Shockley 位错包围的层错, 与试样上下膜面相截, 形成平行片 状的形貌 .层错部分显示具有平行条纹的区域, 多 数是由于层错能较低, 由全位错分解而来的两个偏 位错 .两个偏位错间的晶体, 发生错排即为层错区, 也就是在电镜下看到的条纹区. 图 6 1 000 ℃退火后钢板的 TEM 微观组织 图 8 为 1 000 ℃退火拉伸变形后的 TEM 明场 像, 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, 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. 2.4 机理分析 试验用 Fe-25Mn -3Si-3Al TWIP 钢由化学成 分决定了其较低的层错能( γfcc ≤20 mJ/m 2 ) .而在 低层错能的面心立方金属的退火组织中经常看到一 Vol.29 Suppl.2 米振莉等:退火温度对 25Mn-3Si-3Al-TWIP 钢组织和力学性能的影响 · 119 ·
。120 北京科技大学学报 2007年增刊2 (a) 0.3m 0.2m 图71000℃退火后钢板的孪晶和层错.(a)退火孪晶：(b)层错 于TWIP钢在变形过程中应变诱导产生形变孪晶， 孪生调整了晶体的取向，使塑性变形得以继续进行， 大量孪晶的形成会使TWP钢发生较好的无颈缩 均匀延伸，因而表现出非常高的塑性. 在1000℃退火后和800℃C退火后的晶粒直径 分别为20~40m和4~5m左右.因为大部分退 火孪晶是在一次再结晶过程中形成.他们随着晶粒 长大而长大，在施加外力情况下变形李晶在退火李 03m 晶基础上产生，大块退火孪晶的存在是TWIP效应 充分进行的条件，因此经1000℃退火后钢板的性能 图81000℃退火拉伸变形后的形变孪晶 优于800℃C退火的性能. 些两边界面平直的李晶片.平直的界面是共格的李 3结论 晶界面，平行于{111}面，孪晶的台阶以及孪晶终端 是非共格的.虽然在回复过程也会产生孪晶，但是 (1)1000℃退火后钢板可达到640MPa左右的 大部分退火孪晶是在一次再结晶过程中形成，他们 抗拉强度和255MPa左右的屈服强度以及82%以 随着晶粒长大而长大，在晶粒长大过程中亦有为数 上的延伸率，具有较好的综合性能，故25 Mn TWIP 不多的李晶形成到.此外，当层错能较低时，在再结 钢板的最佳退火温度为1000℃. 品过程中，界面的推移会发生层错现象，堆垛层错接 (2)800℃G退火时发生了部分再结晶，组织为奥 近原子厚度的亚微观孪晶，是孪生的先兆，即层错的 氏体和铁素体两相组织，存在少量的层错和孪晶： 1000C退火时完成了再结晶.组织为单一的奥氏 发生使李晶界面出现.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 体，内部为大量的层错和孪晶微结构 (3)钢板再结晶退火处理后在奥氏体母体里存 内孪晶的多少首先取决于层错能的高低.降低层错 在大量的退火孪晶，在变形过程中产生形变孪晶，即 能，从而降低了层错生成的能垒，将使层错和晶内孪 晶的数量增加，高锰钢中M可以降低层错能，所以 发生了TWIP效应，有利于塑性的提高. (4大块退火孪晶的存在是TWIP效应充分进 有机会出现大量的层错和晶内李晶匀. 行的必要条件 奥氏体钢的性能主要取决于堆垛层错，层错能 决定了变形过程中的主要变形机制9.高锰奥氏体 参考文献 钢层错能较低，在塑性形变初期，低的层错能将阻止 I]Grassel O.Kruger L.Fmmmeyer G.et al High strength Fe- 晶粒交滑移，产生大量的层错，随着形变量的增加和 MAl,Si)TRIP/TWIP steels development-properties-applica 不完全位错的运动，高锰奥氏体钢会在层错的基础 tion.Int J Plast,2000.(16),1391 【胡德林，张帆.三元合金相图。西安：西北工业大学出版社， 上形成李晶.李晶界面的存在使位错运动的阻力增 1995.9 大，李晶愈细愈多阻力愈大，李晶的数目多且细切割 【习余宗森，田中桌.金属物理学.北京：治金工业出版社，1982 晶体的作用愈显著，导致材料的强度提高.正是由【9余永宁.金属学原理.北京：治金工业出版社，2000
图 7 1 000 ℃退火后钢板的孪晶和层错.( a) 退火孪晶;( b) 层错 图 8 1 000 ℃退火拉伸变形后的形变孪晶 些两边界面平直的孪晶片 .平直的界面是共格的孪 晶界面, 平行于{111}面, 孪晶的台阶以及孪晶终端 是非共格的 .虽然在回复过程也会产生孪晶, 但是 大部分退火孪晶是在一次再结晶过程中形成, 他们 随着晶粒长大而长大, 在晶粒长大过程中亦有为数 不多的孪晶形成[ 4] .此外, 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 .降低层错 能, 从而降低了层错生成的能垒, 将使层错和晶内孪 晶的数量增加, 高锰钢中 M n 可以降低层错能, 所以 有机会出现大量的层错和晶内孪晶 [ 5] . 奥氏体钢的性能主要取决于堆垛层错, 层错能 决定了变形过程中的主要变形机制[ 6] .高锰奥氏体 钢层错能较低, 在塑性形变初期, 低的层错能将阻止 晶粒交滑移, 产生大量的层错, 随着形变量的增加和 不完全位错的运动, 高锰奥氏体钢会在层错的基础 上形成孪晶.孪晶界面的存在使位错运动的阻力增 大, 孪晶愈细愈多阻力愈大, 孪晶的数目多且细切割 晶体的作用愈显著, 导致材料的强度提高.正是由 于 TWIP 钢在变形过程中应变诱导产生形变孪晶, 孪生调整了晶体的取向, 使塑性变形得以继续进行, 大量孪晶的形成会使 TWIP 钢发生较好的无颈缩 均匀延伸, 因而表现出非常高的塑性 . 在 1 000 ℃退火后和 800 ℃退火后的晶粒直径 分别为 20 ～ 40 μm 和 4 ～ 5 μm 左右.因为大部分退 火孪晶是在一次再结晶过程中形成, 他们随着晶粒 长大而长大, 在施加外力情况下变形孪晶在退火孪 晶基础上产生, 大块退火孪晶的存在是 TWIP 效应 充分进行的条件, 因此经1 000 ℃退火后钢板的性能 优于 800 ℃退火的性能. 3 结论 ( 1) 1000 ℃退火后钢板可达到 640M Pa 左右的 抗拉强度和 255 M Pa 左右的屈服强度以及 82 %以 上的延伸率, 具有较好的综合性能, 故 25M n TW IP 钢板的最佳退火温度为 1 000 ℃. ( 2) 800 ℃退火时发生了部分再结晶, 组织为奥 氏体和铁素体两相组织, 存在少量的层错和孪晶; 1 000 ℃退火时完成了再结晶, 组织为单一的奥氏 体, 内部为大量的层错和孪晶微结构 . ( 3) 钢板再结晶退火处理后在奥氏体母体里存 在大量的退火孪晶, 在变形过程中产生形变孪晶, 即 发生了 TWIP 效应, 有利于塑性的提高. ( 4) 大块退火孪晶的存在是 TWIP 效应充分进 行的必要条件. 参 考 文 献 [ 1] Grassel O, Kruger L, Frommeyer G, et al.High strength FeMn-( Al, Si) T RIP/ TWIP steels development-properties-application.Int J Plast, 2000, ( 16) , 1391 [ 2] 胡德林, 张帆.三元合金相图.西安:西北工业大学出版社, 1995.9 [ 3] 余宗森, 田中桌.金属物理学.北京:冶金工业出版社, 1982 [ 4] 余永宁.金属学原理.北京:冶金工业出版社, 2000 · 120 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 2
Vol.29 Suppl 2 米振莉等：退火温度对25M一3S3ATWP钢组织和力学性能的影响 ·121。 【5】张增志.耐磨高锰钢.北京：治金工业出版社，2002 calculated stacking fault energy and the plasticity mechanisms in [6]Allain S.Chateau J P.Bouaziz O.et al.Correlations betw een the Fe-MC alloys.Mater Sci Eng A.2004.387-389:158 Effects of annealing temperature on microstructures and properties of the 25Mn 3Si -3Al-TWIP steel MI Zhenli,TANG Di,DAI Yongjuan,WANG Haiquan National Engineering Researh Center for Advanced Roling technobgy.University of Science and Technology Beijing,Beijng 100083 ABSTRACT The influence of annealing temperature on microstructures and mechanical properties of the 25Mn -3Si-3Al-TW IP steel was studied in this paper.The results showed that the steel had better comprehensive mechanical properties when the annealing temperature was 1000 C.The tensile strength of the steel is about 640 M Pa and the yield strength is higher than 255M Pa,while the elongation is above 82%.The microstructure is composed austenitic matrix and annealed tw ins at room temperature,at the same time,a significant amount of annealed twins and stacking faults are observed by TEM.Mechanical tw ins play a dominant role during defor- mation and result in excellent mechanical properties. KEY WORDS annealing temperat ure;TWIP steel;annealed twins;mechanical twins
[ 5] 张增志.耐磨高锰钢.北京:冶金工业出版社, 2002 [ 6] Allain S , Chat eau J P, Bouaziz O, et al.Correlations betw een the calculated stacking f ault energy and the plasticity mechanisms in Fe-Mn-C alloys.Mater Sci Eng A, 2004, 387-389:158 Effects of annealing temperature on microstructures and properties of the 25Mn-3Si -3Al-TWIP steel MI Zhenli, TANG Di, DAI Yongjuan , WANG Haiquan National Engineering Research Cent er for Advanced Rolling technology, Universit y of Science and Technology Beijing, Beijing 100083 ABSTRACT The influence of annealing temperature on microstructures and mechanical properties of the 25M n -3Si-3Al-TW IP steel w as studied in this paper .The results showed that the steel had better comprehensive mechanical properties when the annealing temperature w as 1 000 ℃.The tensile streng th of the steel is about 640 M Pa and the yield strength is higher than 255M Pa, while the elongation is above 82 %.The microstructure is composed austenitic matrix and annealed tw ins at room temperature, at the same time, a significant amount of annealed twins and stacking faults are observed by TEM .Mechanical tw ins play a dominant role during deformation and result in excellent mechanical properties . KEY WORDS annealing temperature ;TWIP steel ;annealed twins ;mechanical twins Vol.29 Suppl.2 米振莉等:退火温度对 25Mn-3Si-3Al-TWIP 钢组织和力学性能的影响 · 121 ·
