CN117660738A - 一种双相trip钢塑性变形提升方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢塑性变形技术领域，公开了一种双相TRIP钢塑性变形提升方法，对于具有奥氏体和铁素体的TRIP钢种，在变形过程中进行脉冲电流处理，脉冲电流参数为频率1‑200Hz，脉宽20μs‑1ms，占空比为0.02％‑5％，峰值电流密度1‑100A/mm2。本发明通过在变形过程中施加脉冲电流，减小了奥氏体位错密度，同时促进了铁素体的交叉滑移来改善晶界处应力集中，进而减缓了变形过程中奥氏体向马氏体转变的速率。
Description
技术领域
本发明属于钢塑性变形技术领域，涉及双相TRIP钢塑性变形处理，尤其涉及基于双相TRIP钢变形过程中加载脉冲电流以实现提高程序性能的方法。
背景技术
相变诱导塑性(TRIP效应)是指在变形过程中亚稳奥氏体会发生马氏体转变，起到提高强塑性的作用。相变诱导塑性是TRIP钢提高塑性变形能力的重要手段，其中包括中锰钢、Q&P钢等第三代先进汽车用高强钢。相比于第二代先进高强钢，其具有优异的力学性能，同时其合适的合金成分含量又比第二代先进高强钢的成本要合理。通过成分设计以及改进热处理工艺来调节TRIP钢的奥氏体稳定性能够改善其力学性能。同时，TRIP效应还受变形温度的影响，在0℃-200℃以内，其塑性随着温度升高而降低，特别是含Al的TRIP钢其塑性变形能力受温度影响更明显。
电流辅助塑性成形是在材料塑性成形的过程中对金属施加电流，基于焦耳热效应、集肤效应、磁致伸缩效应等，提高材料的塑性，保证材料能够高效、高质量成形，在铜、钛、镁等合金的加工中具有广泛应用。但是，对于具有TRIP效应钢种的电致塑性成形技术的研究几乎没有。尤其是对于双相TRIP钢，在塑性变形过程中有位错滑移、相变诱发塑性和孪晶诱发塑性三种机制，如何兼顾多种机制，提升双相TRIP钢的塑性成形能力，是电流辅助塑性成形研究的关键技术问题之一。
发明内容
本发明目的旨在针对上述现有技术现状，提供一种双相TRIP钢塑性变形提升方法，在双相TRIP钢变形过程中施加脉冲电流，通过电子与原子的直接作用以及电子风力的作用影响减小了奥氏体位错密度，并且促进了铁素体的交叉滑移来改善晶界处应力集中，进而减缓了变形过程中奥氏体向马氏体转变的速率，从而影响塑性变形机制实现提高双相TRIP钢的塑性。
本发明提供的双相TRIP钢塑性变形提升方法，对于具有奥氏体和铁素体的TRIP钢种，在变形过程中进行脉冲电流处理，脉冲电流参数为频率1-200Hz，脉宽20μs-1ms，占空比为0.02％-5％，峰值电流密度1-100A/mm2。本发明通过在变形过程中施加脉冲电流，减小了奥氏体位错密度，同时促进了铁素体的交叉滑移来改善晶界处应力集中，进而减缓了变形过程中奥氏体向马氏体转变的速率。
上述双相TRIP钢塑性变形提升方法，所述TRIP钢种为具有亚稳奥氏体组织以及铁素体组织的钢种，具体的，所述双相TRIP钢为中锰钢、Q&P钢或双相不锈钢等。该钢种在变形过程中容易发生形变诱导马氏体相变。在这个过程中电效应导致形变诱导马氏体相变速率减缓，因此对比同等温度拉伸条件下显著增强了塑性变形能力。
上述双相TRIP钢塑性变形提升方法，所述脉冲电流参数优选为频率20-200Hz，脉宽100μs-1ms，占空比为1％-4％，峰值电流密度10-30A/mm2。
上述双相TRIP钢塑性变形提升方法，在对所述TRIP钢脉冲处理过程中，TRIP钢表面温度为0-200℃；在优选实现方式中，TRIP钢表面温度为25-100℃。
上述双相TRIP钢塑性变形提升方法，对冷轧板或热轧板变形过程中进行脉冲电流处理。变形方法包括冲压成形、挤压成形、拉伸、拉拔、轧制等各类汽车板成形方法。
因此，与现有技术相比，本发明提供的双相TRIP钢塑性变形提升方法具有以下有益效果：
(1)本发明通过在双相TRIP钢变形过程中同步施加脉冲电流，通过电流调节，减少了奥氏体位错密度并促进了铁素体交滑移，从而减缓变形过程中奥氏体向马氏体转变的速率，调节变形过程中形变诱导马氏体相变能力，提高塑性变形能力
(2)本发明在较低的处理温度下，便可实现较好的变形能力，在应力-应变曲线上表现为延伸率增加；从而能够避免应力提升过快，影响塑性变形能力。
附图说明
图1为实施例1中冷轧退火态双相TRIP钢在脉冲电流和相同温度热对比拉伸条件下的拉伸曲线；
图2为实施例2中冷轧退火态双相TRIP钢在脉冲电流和相同温度热对比拉伸条件下的拉伸曲线；
图3为实施例3中冷轧退火态双相TRIP钢在脉冲电流和相同温度热对比拉伸条件下的拉伸曲线；
图4为实施例4中冷轧退火态双相TRIP钢在脉冲电流和相同温度热对比拉伸条件下的拉伸曲线；
图5为实施例4对应的冷轧退火态双相TRIP钢组织；其中，(a)为STEM图像，(b)为(a)对应的Mn元素分布图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
以下实施例中，脉冲电流处理所采用的设备均为脉冲电源。
实施例1
本实施例对成分为Fe-0.23C-9.85Mn-2.15Al(wt.％)的冷轧板进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理；具体操作步骤如下：
(1)按Fe-0.23C-9.85Mn-2.15Al(wt.％)成分配比原料在10kg真空感应熔炼炉熔炼，浇铸成铸锭；随后锻造成10mm宽20mm厚锻坯；将锻坯在1150℃-800℃之间热轧至4mm厚热轧板，然后在700℃软化退火1小时；将软化退火后的热轧板酸洗后进行冷轧，从4mm冷轧至2mm。
(2)将以上冷轧板在675℃下临界退火处理30分钟得到性能优异的高强塑积双相TRIP钢；将退火后的冷轧板制成平行段长20mm宽5mm厚2mm的单轴拉伸试样，用砂纸打磨试样表面至光亮。
(3)拉伸机夹头做绝缘处理，使得整个拉伸过程中电流从拉伸试样平行段经过；将拉伸试样两端固定在夹头上，随后脉冲电源输出端固定在拉伸试样上，拉伸机速率设置为5×10-4s-1，脉冲参数为：频率100Hz、脉宽100μs、占空比为1％、峰值电流密度为15.4A/mm2，用热电偶测得此参数下拉伸试样温度为60℃。同时进行相同温度(60℃)热对比拉伸试验。
对脉冲电流拉伸和热拉伸下的试样进行分析，如图1所示，脉冲电流条件下延伸率为49％，而相同热对比拉伸条件下延伸率为30％，表明脉冲电流同步处理提高了其塑性变形能力。从图中还可以看出，本实施例通过调节脉冲电流参数，使试样表面温度维持在60℃，能够在维持较高延伸率的同时避免工程应力过大，这将有助于提升TRIP钢塑性变形能力。
实施例2
本实施例对成分为Fe-0.21C-8.9Mn-1.46Al(wt.％)的冷轧板进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理；具体操作步骤如下：
(1)按Fe-0.21C-8.9Mn-1.46Al(wt.％)成分配比原料在50kg真空感应熔炼炉熔炼，浇铸成铸锭；随后锻造成10mm宽30mm厚锻坯；将锻坯在1150℃-800℃之间热轧至4mm厚热轧板，然后在660℃软化退火5小时；将软化退火后的热轧板酸洗后进行冷轧，从4mm冷轧至1.5mm。
(2)将以上冷轧板在660℃下临界退火处理30分钟得到性能优异的高强塑积双相TRIP钢；将退火后的冷轧板制成平行段长20mm宽5mm厚1.5mm的单轴拉伸试样，用砂纸打磨试样表面至光亮。
(3)拉伸机夹头做绝缘处理，使得整个拉伸过程中电流从拉伸试样平行段经过；将拉伸试样两端固定在夹头上，随后脉冲电源输出端固定在拉伸试样上，拉伸机速率设置为5×10-4s-1，脉冲参数为：频率20Hz、脉宽1ms、占空比为2％、峰值电流密度为24.2A/mm2，用热电偶测得此参数下拉伸试样温度为60℃；同时进行相同温度(60℃)热对比拉伸试验。
对脉冲电流拉伸和热拉伸下的试样进行分析，如图2所示，脉冲电流条件下延伸率为45％，而相同热对比拉伸条件下延伸率为32％，表明脉冲电流同步处理提高了其塑性变形能力。从图中还可以看出，本实施例通过调节脉冲电流参数，使试样表面温度维持在60℃，能够在维持较高延伸率的同时避免工程应力过大，这将有助于提升TRIP钢塑性变形能力。
实施例3
本实施例对成分为Fe-0.21C-8.9Mn-1.46Al(wt.％)的热轧板进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理；具体操作步骤如下：
(1)按Fe-0.21C-8.9Mn-1.46Al(wt.％)成分配比原料在50kg真空感应熔炼炉熔炼，浇铸成铸锭；随后锻造成10mm宽30mm厚锻坯；将锻坯在1150℃-800℃之间热轧至4mm厚热轧板。
(2)将以上热轧板在680℃下临界退火处理30分钟得到性能优异的高强塑积双相TRIP钢；将退火后的热轧板制成平行段长20mm宽5mm厚1.5mm的单轴拉伸试样，用砂纸打磨试样表面至光亮。
(3)拉伸机夹头做绝缘处理，使得整个拉伸过程中电流从拉伸试样平行段经过；将拉伸试样两端固定在夹头上，随后脉冲电源输出端固定在拉伸试样上，拉伸机速率设置为5×10-4s-1，脉冲参数为：频率200Hz、脉宽200μs、占空比为4％、峰值电流密度为23.4A/mm2，用热电偶测得此参数下拉伸试样温度为100℃；同时进行相同温度(100℃)热对比拉伸试验。
对脉冲电流拉伸和热拉伸下的试样进行分析，如图3所示，脉冲电流条件下延伸率为42％，而相同热对比拉伸条件下延伸率为36％，表明脉冲电流同步处理提高了其塑性变形能力。从图中还可以看出，本实施例通过调节脉冲电流参数，使试样表面温度维持在60℃，能够在维持较高延伸率的同时避免工程应力过大，这将有助于提升TRIP钢塑性变形能力。
实施例4
本实施例对成分为Fe-0.21C-8.9Mn-1.46Al(wt.％)的钢冷轧板进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理。具体操作步骤如下：
(1)按Fe-0.21C-8.9Mn-1.46Al(wt.％)成分配比原料在50kg真空感应熔炼炉熔炼，浇铸成铸锭；随后锻造成10mm宽30mm厚锻坯；将锻坯在1150℃-800℃之间热轧至4mm厚热轧板，然后在660℃软化退火5小时；将软化退火后的热轧板酸洗后进行冷轧，从4mm冷轧至1.5mm。
(2)将以上冷轧板在680℃下临界退火处理30分钟得到性能优异的高强塑积双相TRIP钢；将退火后的冷轧板制成平行段长20mm宽5mm厚1.5mm的单轴拉伸试样，用砂纸打磨试样表面至光亮。
(3)拉伸机夹头做绝缘处理，使得整个拉伸过程中电流从拉伸试样平行段经过；将拉伸试样两端固定在夹头上，随后脉冲电源输出端固定在拉伸试样上，拉伸机速率设置为5×10-4s-1，脉冲参数为：频率200Hz、脉宽200μs、占空比为4％、峰值电流密度为17.1A/mm2，在拉伸过程中进行风冷，用热电偶测得此参数下拉伸试样温度为25℃；同时进行相同温度(25℃)热对比拉伸试验。
图5给出了该实施例制备的冷轧退火态双相TRIP钢组织，从图中可以看出，该双相TRIP钢组织包含Mn元素含量较低的铁素体以及Mn含量较高的亚稳奥氏体组织，在变形过程中不稳定的亚稳奥氏体会转变成马氏体。对本实施例提供的脉冲电流+风冷拉伸处理以及热拉伸下的试样进行分析，如图4所示，脉冲电流+风冷拉伸条件下延伸率为57％，而室温(25℃)热对比拉伸条件下延伸率为42％，表明脉冲电流同步处理提高了双相TRIP钢的塑性变形能力。温度会影响样品的TRIP效应，温度越低TRIP效应越强。而经研究发现，TRIP效应既可以影响强度又会影响塑性。在本实施例中，强度和塑性都展现了较好的性能。
以上仅为本发明部分单晶高温合金试样的部分具体实施方式。在本发明中，10min-3h时间范围是以实验室单晶高温合金样品尺寸范围为基础的，具体应用到实际生产中，对单晶高温合金的脉冲电流处理时间随材料本身的大小而变化得到。
本发明的保护范围并不局限于上述实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构想加以等同替换相近材料、设备或调整相关技术参数，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，对于具有奥氏体和铁素体的TRIP钢种，在变形过程中进行脉冲电流处理，脉冲电流参数为频率1-200Hz，脉宽20μs-1ms，占空比为0.02％-5％，峰值电流密度1-100A/mm2。
2.根据权利要求1所述的双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，所述TRIP钢种为具有亚稳奥氏体组织以及铁素体组织的钢种。
3.根据权利要求2所述的双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，所述双相TRIP钢为中锰钢、Q&P钢或双相不锈钢。
4.根据权利要求1所述的双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，所述脉冲电流参数为频率20-200Hz，脉宽100μs-1ms，占空比为1％-4％，峰值电流密度10-30A/mm2。
5.根据权利要求1所述的双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，在对所述TRIP钢脉冲处理过程中，TRIP钢表面温度为0-200℃。
6.根据权利要求5所述的双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，TRIP钢表面温度为25-100℃。
7.根据权利要求1至6任一项所述的双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，对冷轧板或热轧板变形过程中进行脉冲电流处理。
8.根据权利要求7所述的双相TRIP钢塑性变形提升方法，其特征在于，变形方法包括冲压成形、挤压成形、拉伸、拉拔、轧制各类汽车板成形方法。
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