高锰TWIP/TRIP钢凝固过程裂纹敏感特性机理研究

High manganese TWIP/TRIP steels with excellent mechanical properties of high strength and high plasticity, has been regarded as the ideal material for automotive steels. But part of new steel grades of high manganese TWIP/TRIP steels often appear cracks problems, this has become a restrictive factor of large-scale production and application. In the present proposal, an innovative thermal analysis method with high precision are established for high manganese TWIP/TRIP steels, with the help of solidification theory and a variety of experimental methods, it will be employed to study crack susceptibility mechanism of high manganese TWIP/TRIP steels, the internal relations of phase transformation behavior, solidification mode and shrinkage characteristics of Fe-Mn-C-Al-Si、Fe-Mn-C-Al TWIP/TRIP steels can be discussed systematically, the effect of main alloy elements on the changes of peritectic feature points, phase transformation behavior, solidification mode can become research focus. Combined with analysing high temperature mechanical properties, the relationship between solidification model, peritectic reaction correlation, solidification shrinkage, precipitation behavior and crack sensitive mechanism could be clarified to develop evaluation and regulation mechanism of crack sensitive mechanism of high manganese TWIP/TRIP steels, It will not only give a new approach for steel grades developing technology, but also provide the theoretical foundation for the mass production quality control.

高锰TWIP/TRIP钢具有高强度高塑性等优异的力学性能，被人们视作理想的汽车用钢材料。但是高锰TWIP/TRIP钢部分新钢种经常出现裂纹，成为规模化生产与应用的制约因素。本项目提出建立高锰TWIP/TRIP钢的高精度热分析方法，结合凝固理论与多种实验手段，研究高锰TWIP/TRIP钢裂纹敏感特性机理，系统探讨Fe-Mn-C-Al-Si、Fe-Mn-C-Al系TWIP/TRIP钢多元体系下相转变行为、凝固模式与收缩特征之间的基本规律，重点关注主要合金元素对相图中关键相变点与凝固模式的影响，揭示高锰TWIP/TRIP钢裂纹敏感机理与凝固模式、包晶反应关联度、凝固收缩量、析出行为的深层次关系，并且结合高温力学性能分析，构建高锰TWIP/TRIP钢的裂纹敏感程度评价与调控机制，为技术开发提供新思路，同时为大规模生产过程中的质量控制提供理论基础。

高锰TWIP/TRIP钢具有高强度高塑性等优异的力学性能，被人们视作理想的汽车用钢材料。但是高锰TWIP/TRIP钢部分新钢种经常出现裂纹，成为规模化生产与应用的制约因素，因此本项目开展了高锰TWIP/TRIP钢凝固过程裂纹敏感机理的研究。首次，面对高温过程锰挥发、分析稳定性差的特点，对热分析坩埚进行改进、实验条件改善和实验精度处理等出发建立了高锰TWIP/TRIP钢精准分析相变的方法。其次，深入研究不同含量TWIP/TRIP钢的凝固模式，利用热分析结果研究凝固模式与裂纹敏感性的关系，并且和相图热力学软件对比相转变的研究结果，获得了不同TWIP/TRIP钢的凝固模式，结果表明部分Fe-Mn-Al-C 系TWIP/TRIP钢处于亚包晶反应范围，具有高裂纹敏感性，热力学软件ThermoCalc预测TWIP/TRIP钢的凝固模式具有参考价值，但是准确性难以满足TWIP新钢种分析的要求。再次，深入研究主要合金元素对凝固行为的影响，分析了碳、锰、硅、铝元素对液相线温度和凝固模式的影响规律，获得了高锰TWIP/TRIP钢液相线温度公式计算方法，也发现碳对Fe-Mn-Al-C TWIP钢凝固模式影响最大，其次是锰和铝，硅的影响程度最小。此外，深入研究了Fe-Mn-C系、Fe-Mn-C-Al系TWIP/TRIP钢凝固析出行为，探索Nb合金化技术对TWIP/TRIP钢凝固组织、夹杂物的影响，发现加铝后Al系夹杂物增多，并且以AlN、Al2O3、MnS以及其复合夹杂物为主，加Nb有细化晶粒的效果，并且产生含铌夹杂物，夹杂物数量有减少趋势。最后，研究了TWIP/TRIP钢高温力学性能和断口形貌，发现随着温度升高，力学性能的降低呈现先快后慢的趋势，其断口附近的MnO、MnS(Se)、Al2O3夹杂物容易诱发裂纹。从包晶反应关联度出发开展裂纹敏感性评价，总结了锰、硅、铝对包晶特征点的影响规律，进行了TWIP/TRIP钢裂纹敏感性评价。