1 引言
近年来，一种新型的汽车用钢——相变诱发塑性(TRIP)钢引起国际钢铁和汽车工业界的重视。冷轧TRIP钢采用热处理工艺，得到铁素体、马氏体和少量奥氏体组织，从而获得600～800MPa高强度、高延伸性及高碰撞吸收性能。由于使用该钢可提高汽车的安全等级，因而研究和生产TRIP钢具有深远意义。
为给连铸和热轧生产TRIP钢的顺利进行提供理论依据，在北京科技大学的Gleeble一1500实验机上进行了测定TRIP钢高温热塑性的试验。
2试验材料和试验方法
2.1试验材料
选择2组成分不同的TRIP钢试样进行试验，其成分见表1。试样取自150mm×160mm连铸坯，尺寸规格为Φ10mm×120mm。为保证测量数据的真实性、准确性，要求试样有较高的表面光洁度和较小的公差范围。
2.2高温热塑性试验方法
研究材料的热塑性有热拉伸法和热压缩法，由于拉伸法比压缩法可获得更多的热塑性评定指标，所以试验采用了热拉伸法。
试验工艺峰值温度的确定按日本学者铃木的研究，零强度温度减去50℃作为峰值温度[1]，变形温度选为750～1350℃，降温速度为1℃/S，保温60s后以4×10-3/s的变形速率拉伸(与实际生产相近)，每隔50℃变形温度进行一次检测。淬火冷却后保存断口形貌，待进一步分析。最后得出温度与断面收缩率的关系曲线。
3试验结果
3.1高温拉伸曲线
图1显示了不同变形温度下得到的拉伸曲线。由图1可看出，随着变形温度的升高，拉伸强度基本呈下降趋势;在1350℃时没有缩颈过程，形成很短的曲线;在800℃时出现强度失稳现象。这是由于钢中高温固溶的Nb、Al等以Nb(CN)和AlN形式分别以静态或动态析出于γ晶界上。在应力作用下，大量球状Nb(CN)析出物与基体间产生空洞，进而形成裂纹。而在γ+α两相区高温域(700～800℃)，a相在沿着γ晶界上首先形成，使得晶界处极易发生撕裂式沿晶断裂，见图2。所以800℃时的断裂是在两种脆化机理相结合的作用下形成的。因此1号试样800℃时的拉伸曲线出现强度失稳现象。
3.2高温热塑性曲线
图3示出在不同变形温度下TRIP钢高温抗拉强度和面缩率的变化曲线。从图3可看出，强度随温度的升高而下降，从图3b中可找出一个最佳塑性区间。定义1200～1350℃为第1脆性温度区[2]。并且，2个试样均有较窄的热脆区，在1250℃时热塑性急剧下降，1350℃时几乎是零塑性。在1250"C时1号试样的塑性远低于2号试样，这与1号试样含Nb有关，因为Nb易产生氮化物沿晶界析出使晶界脆化。该区的断裂主要沿树枝间的晶界扩展。所以连铸二冷区和矫直时应避免在此区域，以防止裂纹产生。
第Ⅱ温度区间为900～1200"C，该区为最佳塑性区，热轧均在该区进行。试验中显示，2号试样的塑性优于1号试样，面缩率超过60%，无脆化现象。1号试样因含Nb大大降低了钢的塑性，但提高了钢的抗拉强度。所以2号试样的开轧温度应为1000-1200℃，终轧温度在950℃以上，连铸坯矫直温度不能低于950℃，以防止裂纹产生。1号试样的热轧开轧温度在1100～1200℃，连铸坯的矫直温度最好不低于此温度区间。缓冷和保温处理可减轻该区的脆化程度。第Ⅲ脆性温度区为750～900℃。在此区，1号、2号试样的塑性均大幅度降低，而且l号试样比2号试样的塑性更差。这是Nb(CN)在γ晶界析出的缘故。但在700～800℃时，在γ晶界上先共析铁素体薄膜的形成加剧了晶界的局部变形[2]，导致基体强化引起钢的脆化，所以热轧和连铸后矫直都应避免在这个温度区域进行。
3.3钢的裂纹敏感性分析
脆性温度区间是反映材料热裂敏感性的重要参数，而这一区间以零强度温度(ZST)与零塑性温度(ZDT)之差来界定，即
AT=ZST—ZDT
式中，ZST为在固液界面刚凝固的金属开始具有抵抗外力作用时的温度;ZDT为已凝固的金属开始具有抵抗塑性变形能力时的温度[3]。
脆性温度区间越大，裂纹敏感性越大，抵抗裂纹能力越弱。由插值法计算出1号试样的ZST为1421℃，ZDT为1344.3℃，则△T>50℃。2号试样的ZST为1394ll;，ZDT为1348.7℃，则△T<50℃。由此可见，1号试样的裂纹敏感性高于2号试样。在高温脆性区发生热裂的可能性大于2号试样，2号试样的热裂敏感性较低，在高温脆性区抵抗裂纹的能力较强。1号试样裂纹敏感性较大，AT>50℃，表明固液相线温度区间大，而在此区间内钢处于固液两相区，没有塑性，且强度极低，钢液凝固时在此区间停留时间过长，势必增加热裂产生的可能性bJ。所以，连铸时应避免在此区域停留时间过长。
3.4拉伸断口形貌
图4为1号试样的拉伸断口形貌。
图4a所示为l号试样在950℃时的穿晶韧性断裂，有大量韧窝呈现，塑性较好。但1号试样仍有圆球状Nb(CN)或静态或动态析出，所以塑性不如2号试样。
图4b所示为1150℃时的试样断口，抛物线状韧窝显示在该温度阶段，试样有良好的塑性。
图4c所示为1250℃时呈现的贝壳状断裂，沿柱状晶晶界断裂是一种韧性沿晶断裂，比1200℃时塑性有所下降，但这种断裂对材料塑性的影响不十分严重，1号试样仍有较好的塑性。图4d为1350℃时的断口，晶界处原子排列的有序|生比晶内差。一般认为脆性断裂主要是因晶界处析出低熔点化合物在枝晶间形成液膜，降低了枝晶间的结合强度，增加了热脆性，导致凝固前晶界处易产生裂纹[3]。所以钢坯连铸时，在此阶段停留时间不宜过长，以免产生裂纹和漏钢事故。
4结论
(1)2号试样的最佳开轧温度为1000～1200℃，1号试样的热轧温度为1100～1200℃，2个试样终轧温度应在950℃以上，连铸坯矫直温度不能低于950℃，以防裂纹产生。
(2)1号试样和2号试样的第Ⅲ脆性温度区是750～900℃，塑性很低，且1号试样比2号试样的塑性更差，这是Nb(CN)在7晶界析出的缘故。在700--800℃时，γ晶界上先共析铁素体薄膜a相的形成，加剧了晶界的局部变形[2]，导致基体强化引起钢的脆化，所以热轧和连铸后矫直都应避免在这个区域。
(3)1号试样的裂纹敏感性高于2号试样，在第1高温脆性区发生热裂的可能性大于2号试样，2号试样的热烈敏感性较低，在高温脆性区抵抗裂纹的能力较强。因此1号试样连铸时应避免在高温脆性区停留时间过长。
(4)采用合理的连铸二冷制度，使铸坯温度避开第1脆性温度区，同时控制好钢中的氮含量，减少Nb(CN)析出，从而可改善钢的质量，提高钢的热塑性能。
参考文献：
[1]Himwo G，Suzuki，Satoshi.NIshimuraetal Improvement of Hot Ducility of Continuously Cast Carbon Steels[J].Transaction ISII，1984，24：55—60.
[2]黄明芳.浅谈含V、Nb、Ti低碳钢铸坯的高温力学性能[J].南京广播电视大学学报，2002，27(2)：88—90.
[3]康向东，邸洪双，张晓明，等.低碳钢高温力学性能的研究[J].钢铁研究，2003，132(3)：32—34.
