作為新型超低溫用鋼,65錳鋼板高錳奧氏體鋼因的力學性能和經濟的造價而具有廣范的應用前景。對高錳奧氏體鋼的工程使用而言,保證焊縫金屬的力學性能同樣重要,因此,配套焊接材料的研發(fā)是關鍵。

  本研究從合金元素對熔敷金屬組織類型、機械穩(wěn)定性和凝固裂紋敏感性的影響等方面考慮,設計了一種全奧氏體組織類型的高錳鋼熔敷金屬,其成分體系為C:0.2～0.5%、Mn:20.0～24.0%、Ni+Cr:4.0～8.0%,在此成分體系下熔敷金屬具有良好的機械穩(wěn)定性和低凝固裂紋敏感性。根據成分體系研制了高錳鋼用實芯焊絲、金屬粉型藥芯焊絲和電焊條以及埋弧焊劑,并分別采用鎢極氬弧焊、65mn錳冷軋鋼板埋弧焊和手工電弧焊制備了高錳鋼熔敷金屬,采用常溫拉伸、-196°C沖擊和OM、EBSD、XRD等試驗方法對熔敷金屬的力學性能和觀組織進行了詳細的分析。力學性能分析結果顯示,熔敷金屬的屈服強度為323～495MPa,抗拉強度為600～732MPa,斷后伸長率為36.0%～39.0%,-196°C平均沖擊值為41～68J。熔敷金屬觀組織分析結果顯示,組織類型為全奧氏體,呈胞狀樹枝晶結構,C、Mn、S等元素存在一定程度的顯偏析,組織中存在大量Al2O3、SiO2、MnS類型的夾雜物。

 熔敷金屬良好的超低溫沖擊韌性主要緣于其全奧氏體組織類型,熔敷金屬在沖擊變形過程中發(fā)生馬氏體轉變（γ→ε-M→α’-M）,65錳冷軋鋼板也在一定程度上提高了低溫沖擊功,熔敷金屬中直徑>0.5μm的夾雜物密度較低,是保持低溫韌性的另一個關鍵因素,而C元素在一次奧氏體相的偏析則會致使組織發(fā)生低溫脆斷。采用金屬粉型藥芯焊絲和電焊條制備了高錳低溫鋼焊接接頭,接頭中焊縫金屬的屈服強度為468～489MPa,抗拉強度為700～736MPa,斷后伸長率分別為37.0%～37.5%,-196°C平均沖擊值為68～83J,焊縫金屬具有良好的力學性能,焊接材料與高錳低溫鋼匹配性較好。

近年來,中65錳鋼板因具有優(yōu)異的強塑積且兼顧了經濟性與工業(yè)可行性而成為了第三代汽車用鋼中的一個研究熱點,如何進一步提高其力學性能是人們研究的重點之一。

  基于此,本文在傳統(tǒng)中錳鋼研究的基礎上,設計了一種V合金化中錳鋼并對其進行了熱軋、冷軋、溫軋及隨后的兩相區(qū)退火處理,較為系統(tǒng)地研究了實驗鋼在不同軋制狀態(tài)及不同退火溫度下的觀組織和力學性能變化規(guī)律,探討了V合金化對中錳鋼強度的影響。得到的主要結果如下:本文通過研究熱軋+兩相區(qū)退火（625℃-800℃）處理的實驗鋼組織與力學性能,得出的結果表明:實驗鋼組織主要為長條狀δ-鐵素體、板條狀的α-鐵素體+殘余奧氏體（Retained austenite,RA）以及大量細小彌散的VC析出相。對于625℃和750℃的兩相區(qū)退火試樣,VC的析出強化增量分別為-347 MPa和-234 MPa;隨著退火溫度（Intercritical annealing temperature,TIA）的,65錳冷軋鋼板VC析出相尺寸增大和RA板條粗化引起了屈服強度的顯著降低。

  隨著TIA的,RA含量先增加后降低,穩(wěn)定性持續(xù)降低,導致實驗鋼的強塑積先增加后降低;當TIA為725℃時,可獲得高達-50GPa·%的強塑積,并且屈服強度達到890 MPa,從而具有優(yōu)異的強塑性配合。通過研究冷軋+兩相區(qū)退火（650℃-800℃）處理的實驗鋼組織與力學性能,其結果表明:冷軋退火態(tài)實驗鋼的組織主要為長條狀δ-鐵素體、等軸狀α-鐵素體+RA以及大量細小彌散的VC析出相。65mn錳冷軋鋼板其中,當TIA較低時,組織中存在少量板條狀組織;隨著TIA升高,板條狀組織逐漸消失,等軸狀組織逐漸增多。此外,隨著TIA的升高,RA含量逐漸增加而RA穩(wěn)定性持續(xù)降低,導致實驗鋼的強塑積先增加后降低。其中,當TIA為700℃時,獲得高達-52.6GPa·%的強塑積。通過研究溫軋以及溫軋+兩相區(qū)退火（650℃-800℃）處理的實驗鋼組織與力學性能,其結果表明:溫軋原始態(tài)及溫軋+退火態(tài)實驗鋼的組織均為δ-鐵素體、板條狀與少量等軸狀共存的α-鐵素體+RA以及大量細小彌散VC析出相。當TIA為650-750℃時,其強塑積均能保持在50 GPa·%以上,這表明溫軋?zhí)幚硎箤嶒炰摼哂休^寬的熱處理工藝窗口。因此,溫軋?zhí)幚碛锌赡艹蔀橐环N簡化傳統(tǒng)中錳鋼生產應用的新方法。

3）65錳冷軋鋼板o熱軋實驗鋼佳臨界退火+淬火和配分（IA&QP）工藝參數為760℃臨界區(qū)退火30min,180℃等溫淬火10s并在350℃等溫配分180s。該工藝下熱軋實驗鋼展現出了 力學性能,即抗拉強度1231MPa,伸長率24.8%,強塑積可達30.5GPa·%。IA&QP工藝處理后4Mn-Nb-Mo熱軋實驗鋼的抗拉強度均超過了 1024MPa,但伸長率和RA含量不高。

  （4）采用新型循環(huán)淬火和奧氏體逆相變（CQ-ART）65錳鋼板工藝處理后的4Mn-Nb-Mo冷軋實驗鋼,晶粒尺寸得到了明顯的細化,同時RA含量顯著提高。兩次循環(huán)淬火后的CQ2-ART冷軋試樣具有高RA含量（62.0%）、佳晶粒尺寸（0.40μm）以及穩(wěn)定性;這為RA在變形期間TRIP效應的產生提供了有力的保證。終CQ2-ART試樣獲得了 綜合性能,即抗拉強度為838MPa,伸長率為90.8%,強塑積達到76.1GPa·%。（5）研究4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo實驗鋼奧氏體穩(wěn)定性因素,發(fā)現Mn元素的含量是影響其穩(wěn)定性的主要因素。不同晶粒尺寸和Mn含量的RA具有不同等級的RA穩(wěn)定性。實驗鋼RA中存在明顯的Mn配分行為,進而導致RA具有不同級別的穩(wěn)定性,也因此表現出不同的加工硬化行為。本論文設計的4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo兩種低合金實驗鋼在擁有明顯綜合性能優(yōu)勢的同時達到了盡量減少總合金元素含量的目的。

  （6）65錳鋼板三種實驗鋼S3階段加工硬化率曲線的大幅度波動歸因于不連續(xù)TRIP效應。其原因在于RA在拉伸過程中轉變?yōu)轳R氏體并且發(fā)生了體積膨脹,進而抵消部分應力集中并使應力轉移到周圍相中而產生協(xié)同變形,伴隨著應力的松弛和轉移;其次,實驗鋼中的RA需要有不同等級批次的穩(wěn)定性,當應力值達到或超過該等級批次RA可發(fā)生相變的臨界值才可產生TRIP效應。（7）Ms點受到RA中化學成分、晶粒尺寸、屈服強度和應力狀態(tài)等作用影響?？赏ㄟ^將實驗鋼MSσ溫度控制在使用溫度以下,以獲得更多更穩(wěn)定的RA,進而產生更為廣泛的TRIP效應,終提高實驗鋼的綜合性能。