D01:10.13374j.ism100103x2006.08.007 第28卷第8期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 8 2006年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2006 汽车用TWⅥP钢的力学性能与微观组织 严玲1， 唐 荻)米振莉)郭锦) 1)北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京1000832)鞍山钢铁集团公司技术中心，鞍山114001 摘要采用热轧、冷轧及退火处理等工艺.对成分为25M一3S一3A1的TWIP钢进行了试制.研 究了钢板的力学性能、微观组织及其断裂机制.并采用X射线测定了钢板的晶体学织构.实验结 果表明：钢板拉伸时发生典型的延性断裂：拉伸前的组织为伴有大量退火孪晶的奥氏体：在拉伸过 程中退火孪晶转变成形变李晶，使产品的强度和塑性提高：退火过程中形成的织构组分有利于塑 性变形. 关键词TWP钢：强度；塑性：退火孪晶：形变李晶 分类号TG333.7 在汽车结构材料研究中，如何减轻车重，降低 机制. 油耗、减小环境污染、提高运行的安全性一直是汽 1 车行业最为关注的课题.据统计，汽车重量每减 实验材料和实验过程 轻1%，燃料可降低0.6%一1.0%刂，因此，汽车 11材料成分设计 的减重（轻型化）是降低油耗的重要途径（约占 实验用TWIP钢以低碳高锰钢为基础，添加 50%以上)之一.尽管近年来随着汽车减重的需 适量的Si,A1等合金元素，其中Si固溶于奥氏体 要和车重的下降，汽车用钢铁材料的比例在减少， 中，可以提高钢的强度和硬度：AI能够抑制Y向e 但由于钢铁材料具有其独特优势，仍在汽车制造 一马氏体的转变，起到稳定奥氏体的作用刀：同时 业中占据主导地位，约占汽车用材的70%~ 加入少量稀土元素，以净化钢质.经过成分设计、 80%.汽车用板材中，为减轻车体重量，大量采用 优化筛选，确定以25Mn一3Si一3A1为基础成分. 高强度钢板已成为必然的趋势，而随着钢板强度 实验钢的化学成分（质量分数，%：C,0.020:Si 的提高，钢板冲压成形加工过程中的回弹和弯曲 296:.Mn,25.03:AL,298:RE.0046:P,0.020: 开裂现象增多.降低了加工成形性.研制和开 S.0.012. 发高强、高塑性钢以实现汽车的轻型化是汽车工 12实验钢制备 业近年研究的重点，由此极大地促进了高强度钢 将合金料在真空感应炉内治炼，冶炼时向炉 板的制造及应用技术进步) 中通入Ar气保护，防止治炼过程中钢发生氧化， TWIP(twining induced plasticity)钢是一种 治炼后的钢水铸成扁锭.将钢锭缓慢加热到设定 李晶诱导塑性钢，具有极高的塑性指标(60%~ 的温度后，热锻成20mm厚的板坯：然后将板坯 80%)、强度(600~800MPa)和应变硬化率，对冲 在实验轧机上经6道次轧制成厚度为3~4mm 击能量的吸收程度是现有高强钢的2倍36.因 钢板，开轧和终轧温度约为1100和800℃.热轧 此可大大减轻车体重量，增强车体抵抗撞击能力， 后的钢板进行冷轧，轧制方向与热轧时相同，工程 减小车身钢板的变形程度，提高汽车运行的安全 应变为70%，成品钢板厚度为09mm.冷轧钢板 性，特别适合新一代汽车使用.本文研究了在特 在一定温度下进行退火处理，出炉后空冷 定生产工艺下所生产的TWP钢力学性能、微观 13力学性能实验及显微分析 组织结构、断裂行为和冷轧退火状态下的晶体学 钢版按照GB3076一82标准加工成拉伸试 织构.探讨TWP钢高强度、高塑性的形成 样，在MTS810试验机上测试其力学性能，实验 温度为室温，变形速率103s1 收稿日期：2005-05-19修回日期：200603-24 作者简介：严玲(1971一)，女，工程师，硕士研究生：唐获 采用线切割截取拉伸前后钢板的金相显微分 (1955一)，男，教授.博士 析试样及拉伸后的断口试样，经过粗磨、细磨、抛
汽车用 TWIP 钢的力学性能与微观组织 严 玲1, 2) 唐 荻1) 米振莉1) 郭 锦1) 1) 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心, 北京 100083 2) 鞍山钢铁集团公司技术中心, 鞍山 114001 摘 要 采用热轧、冷轧及退火处理等工艺, 对成分为 25Mn-3Si-3Al 的 TWIP 钢进行了试制, 研 究了钢板的力学性能、微观组织及其断裂机制, 并采用 X 射线测定了钢板的晶体学织构.实验结 果表明:钢板拉伸时发生典型的延性断裂;拉伸前的组织为伴有大量退火孪晶的奥氏体;在拉伸过 程中退火孪晶转变成形变孪晶, 使产品的强度和塑性提高;退火过程中形成的织构组分有利于塑 性变形. 关键词 TWIP 钢;强度;塑性;退火孪晶;形变孪晶 分类号 TG 333.7 收稿日期:2005 05 19 修回日期:2006 03 24 作者简介:严 玲( 1971—) , 女, 工程师, 硕士研究生;唐 荻 ( 1955—) , 男, 教授, 博士 在汽车结构材料研究中, 如何减轻车重, 降低 油耗 、减小环境污染 、提高运行的安全性一直是汽 车行业最为关注的课题.据统计, 汽车重量每减 轻 1 %, 燃料可降低 0.6 %～ 1.0 %[ 1] , 因此, 汽车 的减重( 轻型化) 是降低油耗的重要途径( 约占 50 %以上) 之一.尽管近年来随着汽车减重的需 要和车重的下降, 汽车用钢铁材料的比例在减少, 但由于钢铁材料具有其独特优势, 仍在汽车制造 业中占据主导地位, 约占汽车用材的 70 %～ 80 %.汽车用板材中, 为减轻车体重量, 大量采用 高强度钢板已成为必然的趋势, 而随着钢板强度 的提高, 钢板冲压成形加工过程中的回弹和弯曲 开裂现象增多, 降低了加工成形性[ 2] .研制和开 发高强 、高塑性钢以实现汽车的轻型化是汽车工 业近年研究的重点, 由此极大地促进了高强度钢 板的制造及应用技术进步[ 3] . TWIP( tw ining induced plasticity ) 钢是一种 孪晶诱导塑性钢, 具有极高的塑性指标( 60 %～ 80 %) 、强度( 600 ～ 800 MPa) 和应变硬化率, 对冲 击能量的吸收程度是现有高强钢的 2 倍[ 3 6] .因 此可大大减轻车体重量, 增强车体抵抗撞击能力, 减小车身钢板的变形程度, 提高汽车运行的安全 性, 特别适合新一代汽车使用 .本文研究了在特 定生产工艺下所生产的 TW IP 钢力学性能 、微观 组织结构、断裂行为和冷轧退火状态下的晶体学 织构.探讨 TW IP 钢高 强度、高 塑性的 形成 机制 . 1 实验材料和实验过程 1.1 材料成分设计 实验用 TWIP 钢以低碳高锰钢为基础, 添加 适量的 Si, Al 等合金元素, 其中 Si 固溶于奥氏体 中, 可以提高钢的强度和硬度;Al 能够抑制 γ向 ε -马氏体的转变, 起到稳定奥氏体的作用 [ 7] ;同时 加入少量稀土元素, 以净化钢质.经过成分设计、 优化筛选, 确定以 25Mn -3Si -3Al 为基础成分. 实验钢的化学成分( 质量分数, %) :C, 0.020 ;Si, 2.96 ;, Mn, 25.03 ;Al, 2.98 ;RE, 0.046 ;P, 0.020 ; S, 0.012 . 1.2 实验钢制备 将合金料在真空感应炉内冶炼, 冶炼时向炉 中通入 Ar 气保护, 防止冶炼过程中钢发生氧化, 冶炼后的钢水铸成扁锭.将钢锭缓慢加热到设定 的温度后, 热锻成 20 mm 厚的板坯;然后将板坯 在实验轧机上经 6 道次轧制成厚度为 3 ～ 4 mm 钢板, 开轧和终轧温度约为 1 100 和 800 ℃.热轧 后的钢板进行冷轧, 轧制方向与热轧时相同, 工程 应变为 70 %, 成品钢板厚度为 0.9 mm .冷轧钢板 在一定温度下进行退火处理, 出炉后空冷. 1.3 力学性能实验及显微分析 钢板按照 GB3076 —82 标准加工成拉伸试 样, 在 M TS 810 试验机上测试其力学性能, 实验 温度为室温, 变形速率 10 -3 s -1 . 采用线切割截取拉伸前后钢板的金相显微分 析试样及拉伸后的断口试样, 经过粗磨 、细磨 、抛 第 28 卷 第 8 期 2006 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.8 Aug.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.08.007
。740 北京科技大学学报 2006年第8期 光和4%硝酸酒精的浸蚀后，在Neophot-一21型金 应力为1080MPa. 相显微镜下观察分析塑性变形前后的微观组织结 1200 构：保持拉伸断口的原始状态，采用CAM- 1000 BRIDGE S一360扫描电镜(SEM)分析断口形貌. 利用X射线衍射仪分析轧制钢板的晶体学 600 织构，首先用X射线法测出极图，再由极图数据 400 计算取向分布函数(OD),考虑到试样表层与中 200 心的结构有所差异，故选择样品侧面中心1mm2 的区域作为分析部位， 0 0.1 0.20.30.405 真应变，e 2实验结果和分析 图1TWIP钢板拉伸试样的真应力真应变曲线 2.1力学性能 Fig.I Relations of stress and strain of TWIP steel under ten- 经热轧一冷轧一退火处理的试样延伸率指标 sion 良好，达到52.63%，抗拉强度为729MPa.图1 22断口形貌分析 是钢板在MTS810拉伸过程中获得的真应力一真 从宏观上看，试样的断口附近在失效前后都 应变曲线.由于受到MTS拉伸试验机上的引伸 没有出现明显的颈缩，这说明在变形过程中沿试 仪量程的限制，在实验中实测的最大真应变只能 样的纵向发生了均匀延伸.在CAMBRIDGE S-一 达到0.5.但从图1所示的曲线走势分析，在真应 360扫描电镜下进行拉伸试样的断口微观分析， 变达到0.5时，应力一应变曲线仍处于上升趋势， 图2为试样的SEM断口微观分析照片及韧窝底 其最大真应变值应超过0.5，此时对应的最大真 部夹杂物类型分析能谱. 400 320 80 3937 7.8731181015.74619000 EkeV 图2TWMP钢拉伸断口SEM照片(a和夹杂物能谱分析(b) Fig 2 SEM micrograph of the fracture of TWIP steel after tension (a)and energy spectrum of incl usions(b) SEM和能谱分析表明，拉伸断口呈细小、等 作用下产生形变李晶，仅有极少量的退火孪晶保 轴状韧窝结构，韧窝底部的夹杂物为Mn的非金 留下来，该形变孪晶仍保留有初始退火李晶的位 属化合物.由于变形应力分布在整个断口表面 向关系，如图3(b).为进一步研究钢板的微观组 上，而夹杂物或第二相粒子形成的显微空洞形核 织结构，采用西门子D5000型Cu系面探测器分 并沿空间三个方向长大，导致断裂后形成等轴韧 析样品的晶体结构及物相组成，如图4.X射线衍 窝，这种等轴韧窝为典型的延性断裂.TWIP钢 射(XRD)图谱表明，热轧一冷轧一退火处理工艺 具有较高的塑性和韧性，与其本身的晶体结构有 生产的钢板为单一的奥氏体结构，即TWIP钢的 密切的关系.通常，钢中存在稳定奥氏体的元素 室温组织为完全的奥氏体状态. (如Mn等)即可使材料的韧性大为提高. 一般来说，当钢中的Mn含量大于12%时， 2.3显微组织 在通常的冷却条件下，上临界点降低到室温以下 在光学显微镜下观察冷轧退火后钢板的金相 时，钢能够保持单一的奥氏体组织到.奥氏体钢 组织，微观结构表明其组织有大量退火孪晶组织 的力学性能主要取决于堆垛层错能，在给定的变 的奥氏体等轴晶粒，平均晶粒尺寸为40m,如图 形条件下，堆垛层错能只取决于化学成分.堆垛 3(a):而经过拉伸变形后，大量退火孪晶在变形力 层错能决定着主要的变形机制类型，如滑移、交滑
光和 4 %硝酸酒精的浸蚀后, 在 Neophot -21 型金 相显微镜下观察分析塑性变形前后的微观组织结 构;保 持 拉 伸断 口 的 原始 状 态, 采用 CAMBRIDGE S-360 扫描电镜( SEM) 分析断口形貌. 利用 X 射线衍射仪分析轧制钢板的晶体学 织构, 首先用 X 射线法测出极图, 再由极图数据 计算取向分布函数( ODF) , 考虑到试样表层与中 心的结构有所差异, 故选择样品侧面中心 1 mm 2 的区域作为分析部位 . 2 实验结果和分析 2.1 力学性能 经热轧—冷轧—退火处理的试样延伸率指标 良好, 达到 52.63 %, 抗拉强度为 729 MPa .图 1 是钢板在 M TS 810 拉伸过程中获得的真应力-真 应变曲线.由于受到 M TS 拉伸试验机上的引伸 仪量程的限制, 在实验中实测的最大真应变只能 达到 0.5 .但从图 1 所示的曲线走势分析, 在真应 变达到 0.5 时, 应力-应变曲线仍处于上升趋势, 其最大真应变值应超过 0.5, 此时对应的最大真 应力为 1 080 M Pa. 图 1 TWIP 钢板拉伸试样的真应力-真应变曲线 Fig.1 Relations of stress and strain of TWIP steel under tension 2.2 断口形貌分析 从宏观上看, 试样的断口附近在失效前后都 没有出现明显的颈缩, 这说明在变形过程中沿试 样的纵向发生了均匀延伸 .在 CAMBRIDGE S - 360 扫描电镜下进行拉伸试样的断口微观分析, 图 2 为试样的 SEM 断口微观分析照片及韧窝底 部夹杂物类型分析能谱. 图 2 TWIP 钢拉伸断口 SEM 照片( a) 和夹杂物能谱分析( b) Fig.2 SEM micrograph of the fracture of TWIP steel after tension ( a) and energy spectrum of inclusions( b) SEM 和能谱分析表明, 拉伸断口呈细小、等 轴状韧窝结构, 韧窝底部的夹杂物为 M n 的非金 属化合物.由于变形应力分布在整个断口表面 上, 而夹杂物或第二相粒子形成的显微空洞形核 并沿空间三个方向长大, 导致断裂后形成等轴韧 窝, 这种等轴韧窝为典型的延性断裂.TWIP 钢 具有较高的塑性和韧性, 与其本身的晶体结构有 密切的关系.通常, 钢中存在稳定奥氏体的元素 ( 如 Mn 等) 即可使材料的韧性大为提高[ 8] . 2.3 显微组织 在光学显微镜下观察冷轧退火后钢板的金相 组织, 微观结构表明其组织有大量退火孪晶组织 的奥氏体等轴晶粒, 平均晶粒尺寸为 40 μm, 如图 3( a) ;而经过拉伸变形后, 大量退火孪晶在变形力 作用下产生形变孪晶, 仅有极少量的退火孪晶保 留下来, 该形变孪晶仍保留有初始退火孪晶的位 向关系, 如图 3( b) .为进一步研究钢板的微观组 织结构, 采用西门子 D5000 型 Cu 系面探测器分 析样品的晶体结构及物相组成, 如图 4 .X 射线衍 射( XRD) 图谱表明, 热轧—冷轧—退火处理工艺 生产的钢板为单一的奥氏体结构, 即 TWIP 钢的 室温组织为完全的奥氏体状态 . 一般来说, 当钢中的 M n 含量大于 12 %时, 在通常的冷却条件下, 上临界点降低到室温以下 时, 钢能够保持单一的奥氏体组织[ 9] .奥氏体钢 的力学性能主要取决于堆垛层错能, 在给定的变 形条件下, 堆垛层错能只取决于化学成分.堆垛 层错能决定着主要的变形机制类型, 如滑移 、交滑 · 740 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 8 期
Vol.28 No.8 严玲等：汽车用TWP钢的力学性能与微观组织 741。 移、不全位错的滑移、孪生变形或应变引起的马氏 通碳钢相比，高锰钢中出现大量层错和晶内李晶 体转化9.由于Mn能够降低层错能，所以与普 的机会较犬10 (b) 50μm 50 um 图3TMP铜板拉伸前后金相组织照片.(d拉伸前：(b)拉伸后 Fig.3 Microstructures of TWIP steel before (a)and after tension (b) 是因为，对于冷轧退火板，单向拉伸时轧制方向为 40000 最大主应力方向，易产生变形李晶.在外力作用 30000 -(00Z)/8EOS-0Z 102210680.00 aJ-X(E11)/t668- 下，随着应变的增加，应变诱发的形变孪晶优先在 20000 局部变形区域形成，孪晶界强烈地阻碍位错移动， 10000 成为滑移变形的障碍.这种阻碍作用不断在整个 29.640 49.640 69.640 89.640 拉伸试样内部扩展，使试样发生均匀延伸：同时对 20() 位错运动的阻碍也在一定程度上减少了加工硬化 图4冷轧退火TWIP钢的XRD图 现象的发生，因而使塑性变形能够持续进行，获得 Fig 4 XRD of TWIP steel after annealing treatment 更大的延伸效果.形变李晶的产生及母体与形 对于轧后退火、快冷处理的钢板，其基体组织 变孪晶之间的取向关系还需做进一步深入研究. 为奥氏体，并伴有大量的片状退火孪晶，如图3 2.4钢板织构的测量 ().退火条件下，在一些中等和低层错能的面心 通常，金属材料经塑性变形或再结晶处理后， 立方金属中（如奥氏体Yfε）经常看到两边界面 相应的会形成轧制织构或再结晶织构，而织构的 平直的孪晶片，即退火孪晶.Y一Fe的孪生面为 状态与汽车钢板深加工性能有着密切的关系.本 {111}.这种退火李晶是在初次再结晶晶粒的生 实验采用面探测器技术将X射线照射到被测样 长过程中伴随生成的，它们随着晶粒的长大而长 品表面，分别测定冷轧钢板退火前、后的晶体学织 大1).同时，在晶粒长大的过程中也会有为数不 构.根据织构特征，图5和图6选取取向分布函 多的孪晶继续形成. 数(0DF)的2=45°截面及对应极图. 李生作为塑性变形的另一种机制，在发生孪 2=0 Sample 031 生的过程中孪晶出现的频率和尺寸取决于晶体结 构和层错能的大小.对于低层错能的面心立方结 构的金属在形变时很容易发生孪生，组织为形变 孪晶以.而且，一旦李晶出现后，很快出现孪晶 丛集的应变条痕.在轧制过程中，随着形变量增 加，李晶会发生转动，在四个{111}李生面都会出 现堆垛层错和李晶，这样排列的孪晶因孪晶间的 相互制约，在应变量增加时孪晶不能发生转动，沿 图5冷轧70%TMP钢板的ODF图 Fig.5 ODF of TWIP steel under cald rolling with 70%defor 轧制面排列. mation rate 拉伸实验中，变形试样中观察到大量的形变 李晶，引起应变诱发孪晶（即TWIP效应），该形 图5为经70%冷轧变形的织构，表现为典型 变孪晶存在于奥氏体母体中，如图3(b)所示.这 的形变织构，主要为黄铜Brass{011211和
移、不全位错的滑移 、孪生变形或应变引起的马氏 体转化[ 9] .由于 M n 能够降低层错能, 所以与普 通碳钢相比, 高锰钢中出现大量层错和晶内孪晶 的机会较大[ 10] . 图 3 TWIP 钢板拉伸前后金相组织照片.( a) 拉伸前;( b) 拉伸后 Fig.3 Microstructures of TWIP steel before ( a) and after tension ( b) 图 4 冷轧退火 TWIP 钢的 XRD 图 Fig.4 XRD of TWIP steel after annealing treatment 对于轧后退火、快冷处理的钢板, 其基体组织 为奥氏体, 并伴有大量的片状退火孪晶, 如图 3 ( a) .退火条件下, 在一些中等和低层错能的面心 立方金属中( 如奥氏体 γ-Fe) 经常看到两边界面 平直的孪晶片, 即退火孪晶 .γ-Fe 的孪生面为 {111}.这种退火孪晶是在初次再结晶晶粒的生 长过程中伴随生成的, 它们随着晶粒的长大而长 大[ 11] .同时, 在晶粒长大的过程中也会有为数不 多的孪晶继续形成. 孪生作为塑性变形的另一种机制, 在发生孪 生的过程中孪晶出现的频率和尺寸取决于晶体结 构和层错能的大小.对于低层错能的面心立方结 构的金属在形变时很容易发生孪生, 组织为形变 孪晶[ 12] .而且, 一旦孪晶出现后, 很快出现孪晶 丛集的应变条痕 .在轧制过程中, 随着形变量增 加, 孪晶会发生转动, 在四个{111}孪生面都会出 现堆垛层错和孪晶, 这样排列的孪晶因孪晶间的 相互制约, 在应变量增加时孪晶不能发生转动, 沿 轧制面排列. 拉伸实验中, 变形试样中观察到大量的形变 孪晶, 引起应变诱发孪晶( 即 TWIP 效应) , 该形 变孪晶存在于奥氏体母体中, 如图 3( b) 所示.这 是因为, 对于冷轧退火板, 单向拉伸时轧制方向为 最大主应力方向, 易产生变形孪晶.在外力作用 下, 随着应变的增加, 应变诱发的形变孪晶优先在 局部变形区域形成, 孪晶界强烈地阻碍位错移动, 成为滑移变形的障碍 .这种阻碍作用不断在整个 拉伸试样内部扩展, 使试样发生均匀延伸;同时对 位错运动的阻碍也在一定程度上减少了加工硬化 现象的发生, 因而使塑性变形能够持续进行, 获得 更大的延伸效果 [ 6] .形变孪晶的产生及母体与形 变孪晶之间的取向关系还需做进一步深入研究. 2.4 钢板织构的测量 通常, 金属材料经塑性变形或再结晶处理后, 相应的会形成轧制织构或再结晶织构, 而织构的 状态与汽车钢板深加工性能有着密切的关系.本 实验采用面探测器技术将 X 射线照射到被测样 品表面, 分别测定冷轧钢板退火前 、后的晶体学织 构.根据织构特征, 图 5 和图 6 选取取向分布函 数( ODF) 的 2 =45°截面及对应极图 . 图5 冷轧 70%TWIP 钢板的ODF 图 Fig.5 ODF of TWIP steel under cold rolling with 70%deformation rate 图 5 为经 70 %冷轧变形的织构, 表现为典型 的形变织构, 主要为黄铜Brass{011}<211 >和 Vol.28 No.8 严 玲等:汽车用 TWIP 钢的力学性能与微观组织 · 741 ·
。742· 北京科技大学学报 2006年第8期 =45 Sample 031 Measured PF 111 25M一3Si一3A1的TWIP钢板的室温组织为单一 的奥氏体，并在奥氏体基体中存在大量的退火李 晶. (2)在拉伸变形中奥氏体基体内产生大量的 形变孪晶，同时一部分形变孪晶保留了初始退火 孪晶的位向.产品的综合力学性能优良，强度达 到700MPa以上，最大延伸率超过52%. (3)钢板的断裂类型为延性断裂，韧窝结构呈 图6退火后TWMP钢板的ODF与极图 细小等轴状：断裂试样表现出均匀延伸，断口处没 Fig.6 ODF and pole figure of TWI P steel after annealing treat- 有出现颈缩现象. ment (4)经70%冷轧变形的钢板表现为典型的形 Goss{011<10①取向，这两种取向是低层错能 变织构，主要是黄铜Bass{011}<21D和Goss 的形变织构；同时还表现出弱的反铜型取向{111} {01110O取向，退火后钢板形成再结晶织构 <1I∑>.是因为TWP钢是Mn含量很高的低 Goss{011<10①>的李晶取向，这种孪晶取向有 层错能的面心立方结构，在轧制变形过程中，出现 利于塑性变形的进行， 机械孪生，晶粒取向转变到有利于塑性变形的孪 参考文献 晶位置，再通过位错滑移流向G0ss{011}<10①> 取向，实现塑性变形. 【刂栗原雄毅，近藤博史，小松干也.等.日产技报，1991,29： 16 冷变形后的金属处于不稳定状态，有强烈的 【】李殿魁.现代汽车工业用钢的现状与发展趋势.上海钢研 再结晶倾向.金属材料的退火过程也即是一个再 1997(2):41 结晶的过程，在多晶材料内往往会形成再结晶织 【3引风佩华.从福特汽车用钢看汽车板的发展.钢铁研究.1998 构.对于低层错能的金属，再结晶过程中通常以 (1):59 李生方式形核，而产生不同的孪晶界.从图6所 [4 Grssel 0.Krtger L.frommeyer G.ct al.High strength Fe- Mr(AL Si)TRIP/TWIP steels devebpment-pmpretiesap 表示的织构中可以看出，冷轧钢板退火后充分地 plicat ion.Int J Plast,2000,16:1391 形成了再结晶织构Goss{011<100的李晶取 [5]From meyer G.Brvx U,Neumann P.Supra-ductile and high 向：而弱的旋转立方织构{001}<110>也应是 strength manganese-TRIP/TW IP steels for high energy ab G0ss织构的另一李晶取向.在低层错能金属中形 sorption purposes ISIJ Int,2003.43:438 成的这种孪晶取向有利于塑性变形的进行，使 [6 Cotes S.Sade M,Femandez G A.Fod/hep martensitic trans formation in the Fe-Mn system:experimental study and ther 具有退火孪晶的奥氏体TWIP钢在拉伸过程中 modynamic analysis of phase stability.Metall Mater Trans A. 形成形变孪晶，发生TWIP效应，最终获得高塑 1995.261957 性、高强度的良好的综合力学性能 【刀肖纪美.金属的韧性与韧化。上海：上海科技出版社，1982 这种良好的延展性使板带钢具有复合深拉伸 【8陈希杰.高锰钢.北京：机械工业出版社，1989 和变形加工的特性，可以在室温下加工成复杂外 [9 Bouaziz O,Guelton N.Modelling of TWIP effect on work 形零件：而且轻质、高强塑性的钢板能够减轻汽车 hardening.Mater Sci Eng A.2001,319:246 【10张增志.耐磨高锰钢.北京：治金工业出版社，2002 车身重量，提高其抗撞击能力，增强汽车的安全性 【11] 毛卫民，赵新兵。金属的再结晶与晶粒长大。北京：治金工 能 业出版社，1994 3 结论 【2]余永宁.金属学原理.北京：治金工业出版社，2000 【3]毛卫民.金属材料的晶体学织构与各向异性.北京：科学 技术出版社，2002 (1)在设定的生产工艺条件下，化学成分为
图6 退火后 TWIP 钢板的ODF 与极图 Fig.6 ODF and pol e figure of TWIP steel after annealing treatment Goss {011}<100 >取向, 这两种取向是低层错能 的形变织构;同时还表现出弱的反铜型取向{111} <112 >.是因为 TW IP 钢是 Mn 含量很高的低 层错能的面心立方结构, 在轧制变形过程中, 出现 机械孪生, 晶粒取向转变到有利于塑性变形的孪 晶位置, 再通过位错滑移流向 Goss {011}<100 > 取向, 实现塑性变形 . 冷变形后的金属处于不稳定状态, 有强烈的 再结晶倾向.金属材料的退火过程也即是一个再 结晶的过程, 在多晶材料内往往会形成再结晶织 构.对于低层错能的金属, 再结晶过程中通常以 孪生方式形核, 而产生不同的孪晶界.从图 6 所 表示的织构中可以看出, 冷轧钢板退火后充分地 形成了再结晶织构 Goss{011}<100 >的孪晶取 向;而弱的旋转立方织构{001}<110 >也应是 Goss 织构的另一孪晶取向.在低层错能金属中形 成的这种孪晶取向有利于塑性变形的进行 [ 13] , 使 具有退火孪晶的奥氏体 TWIP 钢在拉伸过程中 形成形变孪晶, 发生 TWIP 效应, 最终获得高塑 性、高强度的良好的综合力学性能 . 这种良好的延展性使板带钢具有复合深拉伸 和变形加工的特性, 可以在室温下加工成复杂外 形零件;而且轻质、高强塑性的钢板能够减轻汽车 车身重量, 提高其抗撞击能力, 增强汽车的安全性 能. 3 结论 (1) 在设定的生产工艺条件下, 化学成分为 25M n-3Si-3Al 的 TWIP 钢板的室温组织为单一 的奥氏体, 并在奥氏体基体中存在大量的退火孪 晶. ( 2) 在拉伸变形中奥氏体基体内产生大量的 形变孪晶, 同时一部分形变孪晶保留了初始退火 孪晶的位向.产品的综合力学性能优良, 强度达 到 700 M Pa 以上, 最大延伸率超过 52 %. ( 3) 钢板的断裂类型为延性断裂, 韧窝结构呈 细小等轴状;断裂试样表现出均匀延伸, 断口处没 有出现颈缩现象. ( 4) 经 70 %冷轧变形的钢板表现为典型的形 变织构, 主要是黄铜 Brass{011}<211 >和 Goss {011}<100 >取向, 退火后钢板形成再结晶织构 Goss{011}<100 >的孪晶取向, 这种孪晶取向有 利于塑性变形的进行 . 参 考 文 献 [ 1] 栗原雄毅, 近藤博史, 小松干也, 等.日产技报, 1991, 29: 16 [ 2] 李殿魁.现代汽车工业用钢的现状与发展趋势.上海钢研, 1997( 2) :41 [ 3] 凤佩华.从福特汽车用钢看汽车板的发展.钢铁研究, 1998 ( 1) :59 [ 4] Gr¨assel O, Krǜger L, frommeyer G, et al.High strength FeMn-( Al, Si) TRIP/ TWIP steels development-p ropreties-application.Int J Plast, 2000, 16:1391 [ 5] From meyer G, Brvx U, Neumann P .S upra-ductile and highstrength manganese-TRIP/ TWIP st eels f or high energy absorption purposes.ISIJ Int, 2003, 43:438 [ 6] Cotes S , Sade M , Fernandez G A.Fcc/ hcp martensitic transf ormation in the Fe-Mn syst em :experiment al study and thermodynamic analysis of phase stabilit y .Metall Mater Trans A, 1995, 26:1957 [ 7] 肖纪美.金属的韧性与韧化.上海:上海科技出版社, 1982 [ 8] 陈希杰.高锰钢.北京:机械工业出版社, 1989 [ 9] Bouaziz O, Guelton N .Modelling of TWIP eff ect on workhardening.Mater Sci Eng A, 2001, 319:246 [ 10] 张增志.耐磨高锰钢.北京:冶金工业出版社, 2002 [ 11] 毛卫民, 赵新兵.金属的再结晶与晶粒长大.北京:冶金工 业出版社, 1994 [ 12] 余永宁.金属学原理.北京:冶金工业出版社, 2000 [ 13] 毛卫民.金属材料的晶体学织构与各向异性.北京:科学 技术出版社, 2002 · 742 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 8 期
Vol.28 No.8 严玲等：汽车用TWP钢的力学性能与微观组织 ·743· Properties and microstructure of TW IP steel used in automobiles YAN Ling.TANG Di,MI Zhenli,GUO Jin 1)National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,Uriversity of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.Chi- na 2)Technobgy Center.Anshan Iron and Steel Gmoup Company,Anshan 114001.China ABSTRACT 25Mm3Si-3Al TWIP steel sheets w ere developed by hot rolling,cold rolling and annealing treatment processing.The mechanical properties,microstructure and fracture mechanism of the sheets w ere investigated and the crystal textures were confirmed by Xray diffraction measurement.The results show that the fracture mechanism of the sheets is ty pical toughness fracture under the condition of tensile failure, and the microstructure is austenitic with a large number of annealing twins before tension.During tension the annealing twins change into deformation tw ins,which make the strength and plasticity of the sheets in- crease.The textures formed during annealing treatment are advantageous to the plasticity of steel sheets. KEY WORDS TW IP steel;strength;plasticity;annealing tw ins;defomation twins Microstructure and properties of indium tin oxide thin films deposited by RF- magnetron sputtering LI Shitao,OIAO Xueliang,CHEN Jianguo,JIA Fang,WU Changle State Key Laboratory of Plastic Forming Simulation and Die Mould Technology.Huazhong University of Science and Technology.Wuhan 430074,China ABSTRACT Tin-doped indium oxide(ITO)thin films were prepared using conventional radio frequency (RF)planar magnetron sputtering equipped with IR irradiation using a ceramic target of In2O3/SnO2 with a mass ratio of 1:l at various IR irradiation temperatures Ti(from room temperature to 400 The re- fractive index,deposited ratio,and resistivity are functions of the sputtering Ar gas pressure.The mi- crostructure of ITO thin films is related to IR T1,the crystalline seeds appear at T1=300C,and the films are amorphous at the temperature ranging from 27 Cto 400 C.AFM investigation shows that the rough- ness value of peak-valley of ITO thin film(R)and the surface microstructure of ITO thin films have a close relation with T1.The IR irradiation results in a widening value of band-gap energy due to Burstein- Moss effect and the maximum visible transmittance shifts tow ard a shorter wavelength along w ith a decrease in the film's refractive index.The plasma wavelength and the refractive index of ITO thin films are relative to the T1.XPS investigation shows that the photoelectroly tic properties can be deteriorated by the subrox- ides.The deterioration can be decreased by increasing the oxygen flow rate(fo2),and the mole ratio of Sn/In in the samples reduces with an increase in fo2. KEY WORDS indium-tin ox ide (ITO);photoelectrolytic properties;RF-magnetron sputtering;IR ima- diation temperature;microstructure;refractive index [摘自Rare Metals,2006.25(4):359]
Properties and microstructure of TWIP steel used in automobiles Y AN Ling 1, 2) , TANG Di 1) , MI Zhenli 1) , GUO J in 1) 1 ) National Engineering Research Cent er f or Advanced Rolling Technology, Universit y of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Technology Center, Anshan Iron and St eel Group Company, Anshan 114001, China ABSTRACT 25Mn-3Si-3Al TWIP steel sheets w ere developed by hot rolling, cold rolling and annealing treatment processing .The mechanical properties, microstructure and fracture mechanism of the sheets w ere investigated and the crystal textures w ere confirmed by X-ray diffraction measurement .The results show that the fracture mechanism of the sheets is ty pical toughness fracture under the condition of tensile failure, and the microstructure is austenitic w ith a large number of annealing twins before tension .During tension the annealing twins change into deformation tw ins, w hich make the streng th and plasticity of the sheets increase .The tex tures formed during annealing treatment are advantageous to the plasticity of steel sheets . KEY WORDS TW IP steel ;strength ;plasticity ;annealing tw ins ;defo rmation tw ins Microstructure and properties of indium tin oxide thin films deposited by RFmagnetron sputtering LI Shitao, QIAO X ueliang , CHEN Jianguo, JIA Fang, WU Changle S tate Key Laboratory of Plastic Forming Simulati on and Die &Mould Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China ABSTRACT Tin-doped indium oxide ( ITO) thin films were prepared using conventional radio frequency ( RF) planar mag netro n sputtering equipped w ith IR irradiation using a ceramic target of In2O3/SnO2 w ith a mass ratio of 1∶1 at various IR irradiation temperatures T1( from room temperature to 400 ℃) .The refractive index, deposited ratio, and resistivity are functions of the sputtering Ar gas pressure .The microstructure of ITO thin filmsis related to IR T1, the cry stalline seeds appear at T1 =300 ℃, and the films are amorphous at the temperature ranging from 27 ℃to 400 ℃.AFM investigation show s that the roughness value of peak-valley of ITO thin film ( R p -v) and the surface microstructure of ITO thin films have a close relation w ith T1 .The IR irradiation results in a widening value of band-gap energy due to BursteinM oss effect and the maximum visible transmittance shifts tow ard a shorter w aveleng th along w ith a decrease in the film' s refractive index .The plasma w avelength and the refractive index of ITO thin films are relative to the T1 .XPS investig ation show s that the photoelectroly tic properties can be deteriorated by the sub-oxides .The deterioration can be decreased by increasing the oxygen flow rate ( f o2) , and the mole ratio of Sn/ In in the samples reduces w ith an increase in f o2 . KEY WORDS indium-tin ox ide ( ITO) ;photoelectroly tic properties ;RF-magnetron sputtering ;IR irradiation temperature ;microstructure;refractive index [ 摘自 Rare Metals, 2006, 25( 4) :359] Vol.28 No.8 严 玲等:汽车用 TWIP 钢的力学性能与微观组织 · 743 ·