摘要：采用扫描电镜、透射电镜、x射线衍射仪等对贝氏体等温转变后TRIP钢中的残余奥氏体及其稳定性进行了研究。结果表明，TRIP钢在贝氏体转变区400~440℃保温120～300 S，随着等温温度的升高和保温时间的延长，钢中残余奥氏体的含量不断增多，残余奥氏体碳含量呈降低趋势。TRIP钢中的残余奥氏体主要以薄膜状、粗大块状和细小粒状的形态存在。粗大块状的残余奥氏体稳定性最差，薄膜状次之，细小粒状最稳定。残余奥氏体的含量不足，或残余奥氏体的含量偏高造成碳含量的不足，都会导致TRIP钢综合成形性能的降低。此外，贝氏体等温处理时间过长，渗碳体的出现大大降低了残余奥氏体中的碳含量，从而降低了残余奥氏体的稳定性。

关键词：TRIP钢；贝氏体等温处理；残余奥氏体；稳定性

    TRIP(Transformation Induced Plasticity)钢即相变诱发塑性钢，具有高的屈服强度和抗拉强度，延展性强，冲压成形能力高，用作汽车钢板可减轻车身自重，降低油耗，同时还具有较强的能量吸收能力，能够抵御撞击时的塑性变形，显著提升了汽车的安全等级，具有明显的优越性。TRIP钢板的应用在汽车界引起了广泛的关注，日本、韩国等工业发达国家对其十分重视，并纷纷进行研究和开发，目前TRIP钢板已经成为汽车用钢板研究的热点。

    冷轧TRIP钢采用热处理工艺，形成铁素体、贝氏体和少量残余奥氏体的混合组织。利用钢中的残余奥氏体在应力作用下发生马氏体相变，从而在应力松弛下诱发高的塑性。其中钢中残余奥氏体的量及其碳含量是控制材料力学性能的关键参数。因此，有必要研究热处理过程贝氏体等温工艺对TRIP钢的显微组织，特别是残余奥氏体的影响。笔者采用扫描电镜、透射电镜、x射线衍射仪等分析手段研究了TRIP钢贝氏体等温转变后残余奥氏体

的形态、含量及其碳含量，并对TRIP钢中残余奥氏体的稳定性进行了探讨。

l试验材料及方法

试验用TRIP钢的主要化学成分(质量分数，％)为：C 0．15、Si 1．12、Mn 1．53、P 0．013、S0．006、Nb 0．08。根据经验公式，计算得到Ac1、Ac3和Ms的温度分别为775℃、909℃和408℃。

    TRIP钢的热处理工艺试验在Gleeble一3800实验机上进行。1．2 mm厚的冷轧钢板在临界区温度(800℃)下保温3 min后，以30℃／s的冷速冷却到贝氏体区范围等温，等温温度为400～440℃，保温时间为120～300 s。

    热处理后的试样经线切割取样后，在MTS 810拉伸实验机上进行力学性能测试，并采用LEO1450扫描电镜和JEM 2010透射电镜进行微观组织观察和分析。测定和计算残余奥氏体含量和残余奥氏体的碳含量时，采用D5000 X射线衍射仪得到衍射图谱(图1)，再利用x射线衍射分析软件进行寻峰处理，并计算衍射峰角度、半高宽以及积分强度，选择奥氏体的{200}、{220)、{311)衍射线以及铁素体的{211}衍射线，利用以下残余奥氏体含量公式进

行计算：

    V_r=1．4I_r／(I_α+1．4I_r)    (1)

式中，Vr是残余奥氏体的体积分数；Ir是奥氏体{200)、{220)和{311)晶面衍射峰的平均积分强度；Iα是铁素体{211)晶面衍射峰的积分强度。

    残余奥氏体的碳含量用下式进行计算：

    w(C)_r=(α_r一3．547)／0．046    (2)

式中，w(C)r是残余奥氏体中碳的质量分数，％；αr是残余奥氏体的晶格常数。

2试验结果与分析

    TRIP钢在临界区不完全奥氏体化后，在贝氏体转变区400～440℃下保温120～300 s，其力学性能、残余奥氏体的含量及残余奥氏体的碳含量如1所示。可以看出，在同一保温时间(300 s)下，随着等温温度的升高，屈服强度和抗拉强度差别不大，伸长率逐渐下降，而钢中残余奥氏体的体积分数由410℃时的5．23％增加到440℃的16．30％，残余奥氏体的碳的质量分数则由1．50％减少到1．12％。

    从表1中还可以看出，保温时间长短对力学性能特别是伸长率的影响较大，在430℃保温180～300 s时，伸长率大于24％；当保温时间为120 s，伸长率仅为9．8％。屈服强度和抗拉强度在430℃保温180 s的条件下达到最大值，然后随着保温时间的延长开始减小。TRIP钢塑性的差异与钢中残余奥氏体的存在状态紧密相关，残余奥氏体的体积分数由120 s的3．59％增加到300 s的16．30％，残余奥氏体的碳的质量分数则由120 s的1．77％先升高

到180 s的1．86％再减少到300 s的1．12％。

    这就是说，在贝氏体区间等温对TRIP钢中残余奥氏体的影响较大，随着等温温度的升高或保温时间的延长，都具有残余奥氏体的含量增多、残余奥氏体碳含量降低的趋势。残余奥氏体的含量以及残余奥氏体碳含量不同，其在变形过程中的稳定性就不一样，因而引起了TRIP钢塑性的差异。

    影响残余奥氏体稳定性的因素有很多，主要包括钢板中残余奥氏体的碳含量、残余奥氏体的体积分数、尺寸和形貌、变形温度、应力状态、其它各相的晶粒尺寸和体积含量、加工工艺和热处理制度等。在诸多影响因素中，钢板中残余奥氏体的含量及其碳含量、残余奥氏体的尺寸和形貌起着至关重要的作用。对贝氏体区等温处理后TRIP钢中的残余奥氏体进行观察分析，发现残余奥氏体主要以3种形态存在，即薄膜状残余奥氏体、粗大块状残余奥

氏体和细小粒状残余奥氏体，如图2所示。

    TRIP钢在贝氏体转变区400～440℃下发生等温转变，在等温转变初期(120 s)，随着贝氏体等温温度的提高，呈三角状、块状分布的残余奥氏体越来越多，在430℃保温120 s的残余奥氏体的形态如图2(a)所示。当等温温度较低并进行适当的保温后，微观组织中发现了大量晶间薄膜状的残余奥氏体，甚至在铁素体晶粒内部还可以观察到一些细小的粒状残余奥氏体，在420℃保温300s的残余奥氏体的形态如图2(b)和(c)所示。

    将拉伸后的2号试样进行TEM分析发现，块状奥氏体全部转变成马氏体，薄膜状残余奥氏体部分转变为马氏体，而细小的粒状残余奥氏体基本上保留了下来，如图3所示。产生这种变化的主要原因是大块状残余奥氏体的碳含量要远远低于薄膜状的残余奥氏体，其热力学和机械稳定性差，在高应力条件下会转变为马氏体。对于晶内细小的粒状残余奥氏体，与薄膜状残余奥氏体相比不易引起应力集中，因而不易发生转变。

    TRIP效应同残余奥氏体的含量有关，残余奥氏体的含量高，应变硬化率高，则TRIP效应强，但高含量的残余奥氏体并不一定对应着高的伸长率，因为TRIP效应还同残余奥氏体的稳定性有关，残余奥氏体中的碳含量决定残余奥氏体的化学稳定性，而残余奥氏体的形状和晶粒大小及周围相的影响决定了它的力学稳定性。Chiro等将钢中残余奥氏体含量与残余奥氏体中碳含量的乘积作为残余奥氏体的稳定性参数λ，强塑积Φ(即抗拉强度与总伸长率的乘积)作为成形性指标，得出材料的成形性指标与残余奥氏体稳定性参数成正比的结论。本研究将残余奥氏体的稳定性参数与TRIP钢的成形性的关系绘制成图，如图4所示。从图中可以看出，当稳定性参数λ在(7～19)×10^-4之间变化时，TRIP钢具有较好的综合成形性能，强塑积Φ为(1．7～2．O)×10⁴，且基本上不随着λ的变化而变化。在430℃贝氏体等温处理120 s后，残余奥氏体的体积分数不足5％，稳定性参数λ小于7×10^-4，导致了材料的强塑积较低，如图4中I区所示。而在440℃贝氏体等温处理300 s后，尽管残余奥氏体的体积分数高于16％，稳定性参数λ大于18×10^-4，但是强塑积仍然不高，如图4中Ⅱ区所示。这说明，仅当残余奥氏体的体积分数在5％～15％之间，TRIP钢的成形性指标与残余奥氏体稳定性参数具有一定的线性关系。否则，因为残余奥氏体的含量不足，或残余奥氏体的含量偏高造成碳含量的不足，最终导致了如图4中工区或Ⅱ区强塑积Φ值的偏低。

    由表2分析可知，在430℃进行贝氏体等温处理，随着时问的延长，钢中残余奥氏体的碳含量不断降低。分析贝氏体区等温处理较长时间(>180 s)的TEM组织，发现微观组织中出现了极少量渗碳体。由于TRIP钢中渗碳体的出现，大大降低了残余奥氏体中的碳含量，因而也降低了残余奥氏体的稳定性。

3  结论

    (1)贝氏体区问等温对TRIP钢中残余奥氏体影响较大，在贝氏体转变区400～440℃保温120～300 s，随着等温温度的升高或保温时间的延长，残余奥氏体的含量增多，残余奥氏体碳含量降低。

    (2)TRIP钢中残余奥氏体主要以3种形态存在，即薄膜状残余奥氏体、粗大块状残余奥氏体和细小粒状残余奥氏体。粗大块状残余奥氏体稳定性最差，薄膜状残余奥氏体次之，细小的粒状残余奥氏体最稳定。

    (3)残余奥氏体的稳定性参数λ在(7～19)×10^-4之间变化时，TRIP钢具有较好的综合成形性能，强塑积Φ为(1．7～2．0)×10⁴。因为残余奥氏体的含量不足，或残余奥氏体的含量偏高造成碳含量的不足，都会导致综合成形性能的降低。

    (4)贝氏体等温处理时间过长，TRIP钢中会出现极少量的渗碳体，从而大大降低了残余奥氏体中的碳含量，也降低了残余奥氏体的稳定性。

                                                                                                    江海涛1，  唐  获1，  刘  强1，  刘仁东2，  严  玲2