冷轧301L奥氏体不锈钢的变形和应变硬化行为.docx
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1、2013/2014年度第一学期文献检索及计算机在材料科学中的应用(期末大作业)姓名:刘阳学号:10430117专业:金属材料工程文献出处:金属学报,2008, 44,775-7802013年12月14日冷轧301L奥氏体不锈钢的变形和应变硬化行为刘伟李强焦德志(北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044)郑毅李国平(钢铁研究总院,北京100044)(山西太钢不锈钢股份有限公司,太原030000)摘要研究了 SUS301L和 CN301L奥氏体不锈钢 HT(high tensile,4/4H)和 DLT(deadline tensile, 1/4H)两个硬化等级冷轧板材的变形和应变硬化
2、行为及其应变诱发a马氏体转变.所有301L 冷轧板拉伸试样近断口处都发生了 85%以上的马氏体相变,轧制变形量增加,室温拉伸应 变诱发马氏体转变开始的应变减小,但未增加马氏体转变饱和值.CN301L中C和N的含 量高于相同硬化等级的SUS301L,导致它们变形和硬化行为不同.C和N的含量较高,对相和a相的固溶强化效果增强,冷轧奥氏体不锈钢无需发生大量马氏体转变就能达到要求 的高屈服强度,保证冷轧板材具有较好的塑性和一定的成型能力;此外,形成的应变诱发马 氏体中,C和N的固溶度大,硬化效果增强,流变应力上升快,抗拉强度高;C和N含量 较高,还增加奥氏体的稳定性,将拉伸过程中应变诱发马氏体转变推迟
3、到较高应变发生,延 长应变硬化行为的第二阶段,增强相变增塑效应.关键词301L冷轧板,C,N,应变硬化,马氏体转变,相变增塑DEFORMATION AND STRAIN HARDENING BEHAVIORS OF AUSTENITIC COLDROLLED 301L STAINLESS STEELSLIU,Wei, LI,Qiang, JIAO,De-zhi(School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)ZHENG,Yi(China I
4、ron& Steel research Institute Group, Beijing 100044)LI,Guo-ping(ShanXiTaigang Stainless Steel Co. Ltd, Taiyuan 030000)Correspondent: LIU Wei, associate professor, Tel (010)51683938, E-mail: weiliuManuscript received 2007-10-15, in revised form 2008-01-08*收到初稿日期:2007-10-15,收到修改日期:2008-01-08作者简介:刘伟,女,
5、1963年生,副教授Abstract: Deformations and strain-hardening behaviors as well as strain induced martensite transformation were investigated for two commercial c01d rolled stainless steels , SUS301L and CN301L,in both HT(high tensile,4/4H)and DLT(deadline tensile,1/4H)work hardening grade conditions. The a
6、mount of marteIl8ite induced by strain to failure at room temperature can reach over 85 % (volume fraction near fracture surface for the tested steels. The higher the cold rolled strain, the smaller the strain needed by martensite transformation onset, but it didnt increase the saturated amount of m
7、artensite. Different carbon and nitrogen contents lead to different deformations and strain-hardeningbehaviors in the same cold rolled hardened grade 301Ls Higher carbon and nitrogen contents made cold rolled steels obtaining the required high yield strength but less a-martensite, and inhere better
8、plasticity and pla8tic processing capability. Cold rolled 301L also got higher strain hardening rate and flow stress due to a -martensite with more carbon and nitrogen. a-martensite transformation was deferred to higher tensile 8train because of more carbon and nitrogen in austenite,which enhanced t
9、he transformation induced plasticity of 301L cold rolled steels .Keywords:301L cold rolled steel , carbon and nitrogen, strain hardening , martensite transformation,transformation induced plasticity.奥氏体不锈钢代表着一个庞大的合金系和应用领域,它不但耐腐蚀、抗氧化, 还具有很高的加工硬化率和相变增塑(TRIP: transformation induced plasticity)效应, 是兼具多种
10、性能优势的合金.对低层错能非稳态奥氏体不锈钢变形行为的研究全 今仍然非常活跃,主要是因为变形过程中应力一应变行为的不确定性,有很多因 素,诸如成分、温度、预应变或应变路径,品粒尺寸、应变速率等均可以改变变 形过程中马氏体的转变速率和转变量,从而改变应力一应变行为1-3,这方面的 研究具有很重要的理论和应用价值.奥氏体的稳定性和变形过程中的马氏体转变 动力学是决定奥氏体不锈钢变形行为的两个最重要的因素.301L奥氏体不锈钢 冷轧系列板被广泛用于制造各种轻量车体,目前,我国的车辆专用冷轧奥氏体不 锈钢板已经研制成功,并已投入使用,但相关的奥氏体不锈钢冷轧板材技术标准 还处在创立阶段.本文研究了 S
11、US301L-HT 和 SUS301L-DIT (HT-high tensile, 4/4H ; DIT-deadline tensile, 1/4H4)两种强度等级的日本进口冷轧奥氏体不锈钢板和相 同强度等级的国产301L冷轧板的变形和应变硬化行为及其应变诱发马氏体转变, 为国产奥氏体不锈钢冷轧板材的生产、加工和相关技术标准的制定提供参考.1实验材料及方法实验用SUS301L-HT和SUS301L-DLT冷轧板以及我国太钢不锈钢有限公司 生产的相同强度等级的国产奥氏体不锈钢冷轧板(对应强度等级的试样编号分别 为CN301L-HT和CN301L-DLT)的化学成分见表1.根据Eichelman
12、和Hull5的 蝇,Angell以及Nohara等7的MD30计算公式得出MS和MD30温度列于表2, MD30是发生30%塑性应变量导致50%(体积分数)马氏体(9相)转变的温度.根据 Schramm和Reed8给出的层错能公式计算得出四种实验不锈钢板材在室温的层 错能Ysf也列于表2,四种实验板材的层错能很接近.Angel6和 Nohara等人7 两种计算方法得到的mD30温度不同,但四种实验板材mD30温度的相对排列顺序 相同,两种SUS301L奥氏体的相对稳定性低于两种CN301L.表1实验板材的化学成分Table 1 Chemical compositions of the test
13、ed steels(mass fraction,%)SteelCSiMnPSNi_CrNSUS301L-HT0.0180.471.240.0270.0027.5017.750.10CN301L-HT0.0240.371.260.0260.0027.1717.310.14SUS301L-DLT0.0180.531.680.0310.0027.2217.090.12CN301L-DLT0.0280.411.120.0310.0057.5317.710.11表2实验板材的MS、MD30和层错能YsfTable 2MS、MD30and stacking fault energy, Y of the t
14、ested steelsItemMS,C【5Md30,C6Md30,C7 _Y。,mJm-28lSUS301L-DLT-1342825SF9CN301L-DLT-172221310SUS301L-HT-143332510CN301L-HT-17320188按GB/T 2282002将钢板用线切割制成板材拉伸试样,拉伸实验在MTS 材料实验机上进行,拉伸速度为2 mm/min(平均应变速率1.2x10-4 s-1),拉伸方向 平行板材轧制方向,用X射线衍射仪(CoK)和磁饱和仪进行物相定量分析.图1 是实验板材垂直轧制方向平面的XRD谱.SUS301L-HT板材比CN301L-HT板 材中的a相
15、多,用磁饱和仪测得SUS301L-HT中的a相为13%,CN301L-HT板 材用磁饱和仪未能测到a相,说明其中的a相很少.CN301-DLT和SUS301L-DLT 板材的XRD谱相同,均为单相奥氏体.9相在剪切带交点形成囹,见图2a所示,所有板材的XRD谱中未检测到相,但在CN301L-HT板材的组织观察中见到 少量相,见图2b所示.111z200?4060801OO1202a* dag图1 ITT板材垂直轧制方向截而的 XRD 谱Fir. 1 X H. J patterns aT tti 仕 utshh sect ion pppppiKlitnilar tu rolling; direc
16、tion of the plates SUS301L HT and CXJU1I. HT2实验结果与分析2. 1冷轧奥氏体不锈钢的变形行为图3是SUS301L-HT和CN301L-HT板的单轴拉伸真应力-真应变和应变硬 化率-真应变曲线,图3a中的单个测试点为断裂点的真应力of和真应变f吁P,A牛In(Ao/Af)其中,Pf为断裂载荷;Af为断口截面积;Ao为原始截面积.尽管图3中两种冷轧奥氏体不锈钢板的屈服强度相同,但变形行为却完全不 同.CN301L-HT板有明显的应变时效行为,拉伸曲线有类似屈服的应力平台, 但fcc合金并不像bcc合金有屈服现象,这是由于CN301L-HT板中含有较多的
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