巨大ひずみ加工により作製されるナノ組織TWIP鋼の組織と機械的性質

大应变加工纳米TWIP钢的组织与力学性能

基本信息

批准号：
11F01067
负责人：
辻伸泰
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

TWIP鋼とはTwinning Induced Plasticityの略であり、高い引張延性と高強度を兼ね備えることから近年世界的に注目されている高機能鉄鋼材料である. 高Mn準安定オーステナイト鋼にAl等の合金元素を加えることにより、FCC結晶の積層欠陥エネルギーを大きく低下させ、双晶変形を起こりやすくしているものと考えられるが、その高延性・高強度の発現メカニズムは十分明らかではない. 本研究はTWIP鋼のオーステナイト結晶粒を1㎛以下の超微細結晶粒とすることにより、さらに高い強度と延性、靭性を、より単純な化学組成で実現し、組織と機械的性質の相関性を詳細に明らかにしようとするものである. こうした試みはこれまで世界的にも行なわれておらず、初めてとなる興味深い試みである.平成24年度は典型的なTWIP鋼で、基本的データが数多く報告されているFe-31Mn-3Al-3Si合金を用いて実験研究を行った. 同合金を真空溶解により作製し、所定の形状の母合金60kgを準備した, これに対し冷間圧延による強加工を施し、格子欠陥密度の高いナノ組織を作製した, 得られた巨大ひずみ加工材に対して種々の条件で焼鈍を行い、焼鈍に伴う組織変化を光学顕微鏡、SEM/EBSD、TEMなどの顕微鏡法を用いて明らかにした。加工材およびその焼鈍材の室温引張試験を行った。これらの実験の結果、いわゆる巨大ひずみ加工を必要とせずに通常の強冷間圧延と焼鈍プロセスによって平均粒径400㎜の完全再結晶ナノ組織が得られることを明らかにした。この粒径は、再結晶組織の粒径としてはこれまでに報告されていない最小の粒径である。また得られたナノ組織材が、単相超微細粒組織を有するにも関わらず、高い強度と大きな引張延性を両立するという、極めて興味深い結果を得た。得られた完全再結晶組織を有するTWIP鋼に対して種々のひずみ量の室温引張試験を行い、各段階の変形組織をTEMにより詳細に解析した。その結果、変形双晶の発現に及ぼすマトリクス粒径の影響と、それらが加工硬化に与える影響を明らかにした。

TWIP钢是Twining Induced Plasticity的缩写，是一种高性能钢材，由于其高拉伸延展性和高强度的结合，近年来引起了全世界的关注，人们认为这种添加可以显着降低堆垛层错能。 FCC晶体的结构，使其更容易发生孪生变形，但这种高延展性和高强度发生的机制尚不完全清楚。本研究的目的是通过使TWIP钢的奥氏体晶粒超细化至1μm以下，以更简单的化学成分获得更高的强度、延展性和韧性，并研究组织与机械性能之间的相关性。我试图详细澄清。这是一次有趣的首次尝试，因为世界上其他任何地方都没有进行过这样的尝试。使用该合金进行了真空熔炼生产的实验研究，并制备了 60 公斤预定形状的母合金。通过冷轧对其进行强力加工，形成具有高晶格缺陷密度的纳米结构，将获得的大应变材料在各种条件下进行退火，并利用光学显微镜、SEM/EBSD、TEM等显微方法阐明了退火引起的结构变化。对加工材料及其退火材料进行室温拉伸试验。这些实验的结果表明，通过普通的强力冷轧和退火工艺可以获得平均晶粒尺寸为400mm的完全再结晶的纳米结构，而不需要所谓的大应变加工。该晶粒尺寸是迄今为止作为再结晶组织的晶粒尺寸报道的最小晶粒尺寸。我们还获得了非常有趣的结果，因为所获得的纳米结构材料尽管具有单相超细晶粒结构，但仍具有高强度和大拉伸延展性。对所得完全再结晶组织的TWIP钢进行不同应变量的室温拉伸试验，并通过TEM详细分析各阶段的变形组织。结果，我们阐明了基体晶粒尺寸对变形孪晶发生的影响及其对加工硬化的影响。