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2018-04-10 13:46:00     作者:陈定乾

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  孪晶诱发塑性钢(TWIP是新一代奥氏体汽车高强钢各种类型的TWIP钢都具有因孪晶变形产生的优良强韧性。TWIP钢虽然具有充分满足使用要求的拉伸特性但是TWIP钢存在着氢脆的问题。TWIP钢钢种一般有Fe-15Mn-0.6C、Fe-16Mn-0.6C、Fe-17Mn-0.6C、Fe-18Mn-0.6C、Fe-22Mn-0.6C、Fe-17Mn-1.2C这些钢种几乎都是Fe-Mn-C三元系TWIPAlFe-15~18Mn-0.6C-1.5Al TWIP钢的氢脆敏感性小于无AlTWIP。  

  添加Al可以降低TWIP钢的氢脆敏感性的原因是,Al使钢的屈服强度下降由此降低了钢材中的残余应力只要钢的组织不发生大的变化,TWIP钢的氢脆敏感性与钢的应力和氢含量有很好的相关关系因此含AlTWIP钢钢材中残余应力降低是钢材氢脆敏感性降低的一个原因此外钢材表面生成的Al2O3膜对氢侵入的抑制作用以及Al对钢的应变时效的抑制作用和Al增加堆垛孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)是新一代奥氏体汽车高强钢。各种类型的TWIP钢都具有因孪晶变形产生的优良强韧性。TWIP钢虽然具有充分满足使用要求的拉伸特性,但是TWIP钢存在着氢脆的问题。TWIP钢钢种一般有Fe-15Mn-0.6C、Fe-16Mn-0.6C、Fe-17Mn-0.6C、Fe-18Mn-0.6C、Fe-22Mn-0.6C、Fe-17Mn-1.2C等,这些钢种几乎都是Fe-Mn-C三元系TWIP钢。含Al的Fe-15~18Mn-0.6C-1.5Al TWIP钢的氢脆敏感性小于无Al的TWIP钢。   AlTWIP钢钢材氢脆敏感性降低的重要原因但各个因素抑制氢脆作用的大小并不明了因此有必要对各个因素的作用进行定量评价

  添加Al可以降低TWIP钢的氢脆敏感性的原因是,Al使钢的屈服强度下降,由此降低了钢材中的残余应力。只要钢的组织不发生大的变化,TWIP钢的氢脆敏感性与钢的应力和氢含量有很好的相关关系。因此含Al的TWIP钢钢材中残余应力降低是钢材氢脆敏感性降低的一个原因。此外,钢材表面生成的Al2O3膜对氢侵入的抑制作用、以及Al对钢的应变时效的抑制作用和Al增加堆垛层错能对孪晶变形的抑制作用等因素也是使含Al的TWIP钢钢材氢脆敏感性降低的重要原因。但各个因素抑制氢脆作用的大小并不明了。因此有必要对各个因素的作用进行定量评价。

  在采用的充氢拉伸试验中,位错运动将氢运送到试样的各个部位,并且氢可以不断深入到起始于试样表面的裂纹前端,所以能够清晰地观察到氢脆形貌。该方法已经成功用于Fe-Mn-C三元系TWIP钢的氢脆特性评价。有研究报告指出,Fe-Mn-C奥氏体钢的氢脆发生晶界断裂。假定晶界裂纹发生的原因是晶界强度下降,并且晶界裂纹发生是影响试样断裂行为的主要因素,那么,存在于钢中晶界、位错和孔洞的氢就没有起着促进晶界断裂的作用。

  含Al和无Al钢的断裂应力-扩散性氢含量定量关系存在差异的原因之一是,捕获扩散性氢的缺陷密度和缺陷分布的差异。由于位错密度和孪晶密度随含Al量的增加而下降。所以,晶界和孪晶界等诱发断裂界面上的氢分布,因Al含量的不同而变化。

  钢中添加Al增加了堆垛层错能,对孪晶变形起到抑制作用,因此晶界断裂受到抑制。在这种情况下,孪晶界面裂纹和特定滑移面上的局部滑移成为影响氢脆的主要因素,因此产生了准解理断裂。此外,出现的脆性断裂部位在大大超过晶粒直径的范围内呈现为平滑状态。出现很大的平滑区域的原因可以用以下两个因素给予说明。第一,高Mn钢的准解理断裂沿{111}晶面发生。第二,在室温下对Fe-Mn-C TWIP钢施加拉伸变形时,在〈111〉方向上形成强织构组织。当准解理断裂面垂直于拉伸方向时,{111}晶面中的近似垂直于拉伸方向的晶面发生准解理断裂。由于在拉伸方向形成〈111〉织构组织,所以解理断裂一旦发生,即使脆性裂纹夹在晶界之间,断口仍呈平滑状态。

  含Al的 TWIP钢和无Al 的TWIP钢一样断裂应力与扩散性氢含量有着幂指数关系。无Al 的TWIP钢的断裂模式是晶界断裂,而含Al的TWIP钢的断裂模式是准解理断裂。添加Al引起断裂模式的变化和氢渗入量的下降,是充氢环境下钢的伸长率提高的结果。由于添加Al有抑制孪晶变形和动态应变时效的作用,所以不论有无氢的影响,含Al的TWIP钢的屈服应力和断裂应力都小于无Al的TWIP钢。层错能对孪晶变形的抑制作用等因素也是使含

  在采用的充氢拉伸试验中位错运动将氢运送到试样的各个部位并且氢可以不断深入到起始于试样表面的裂纹前端所以能够清晰地观察到氢脆形貌该方法已经成功用于Fe-Mn-C三元系TWIP钢的氢脆特性评价有研究报告指出,Fe-Mn-C奥氏体钢的氢脆发生晶界断裂假定晶界裂纹发生的原因是晶界强度下降并且晶界裂纹发生是影响试样断裂行为的主要因素那么存在于钢中晶界位错和孔洞的氢就没有起着促进晶界断裂的作用

  Al和无Al钢的断裂应力扩散性氢含量定量关系存在差异的原因之一是捕获扩散性氢的缺陷密度和缺陷分布的差异由于位错密度和孪晶密度随含Al量的增加而下降所以晶界和孪晶界等诱发断裂界面上的氢分布Al含量的不同而变化

  钢中添加Al增加了堆垛层错能对孪晶变形起到抑制作用因此晶界断裂受到抑制在这种情况下孪晶界面裂纹和特定滑移面上的局部滑移成为影响氢脆的主要因素因此产生了准解理断裂此外出现的脆性断裂部位在大大超过晶粒直径的范围内呈现为平滑状态出现很大的平滑区域的原因可以用以下两个因素给予说明第一Mn钢的准解理断裂沿{111}晶面发生第二在室温下对Fe-Mn-C TWIP钢施加拉伸变形时〈111〉方向上形成强织构组织当准解理断裂面垂直于拉伸方向时,{111}晶面中的近似垂直于拉伸方向的晶面发生准解理断裂由于在拉伸方向形成〈111〉织构组织所以解理断裂一旦发生即使脆性裂纹夹在晶界之间断口仍呈平滑状态

  Al TWIP钢和无Al TWIP钢一样断裂应力与扩散性氢含量有着幂指数关系Al TWIP钢的断裂模式是晶界断裂而含AlTWIP钢的断裂模式是准解理断裂添加Al引起断裂模式的变化和氢渗入量的下降是充氢环境下钢的伸长率提高的结果由于添加Al有抑制孪晶变形和动态应变时效的作用所以不论有无氢的影响AlTWIP钢的屈服应力和断裂应力都小于无AlTWIP

编辑:实习生     来源:中国冶金报-中国钢铁新闻网
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