浙江至德鋼業(yè)有限公司測試超高強(qiáng)冷軋雙相不銹鋼在不同應(yīng)變速率下的準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能，并通過數(shù)學(xué)模型研究了高應(yīng)變速率下材料的變形行為。結(jié)果表明，模型擬合度較差，但是根據(jù)可決系數(shù)修正以后的模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的吻合度。應(yīng)用在汽車上的安全結(jié)構(gòu)件是超高強(qiáng)冷軋雙相不銹鋼的一個(gè)重要用途，應(yīng)變速率對(duì)超高強(qiáng)冷軋雙相鋼具有很大的影響。研究材料動(dòng)態(tài)特性的一個(gè)重要方法是建立應(yīng)變速率和力學(xué)模型之間的聯(lián)系。冷軋雙相不銹鋼一般采用連續(xù)退火的熱處理工藝生產(chǎn)，采用兩段式冷卻方式，快速冷卻和緩慢冷卻兩部分。浙江至德鋼業(yè)有限公司在不同應(yīng)變速率下，測試超高強(qiáng)冷軋雙相鋼的準(zhǔn)靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能，結(jié)合數(shù)學(xué)模型研究了高應(yīng)變速率下材料的變形行為。

一、實(shí)驗(yàn)方法

   實(shí)驗(yàn)所用雙相不銹鋼的主要化學(xué)成分見表，將冷軋后的試樣在熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行連續(xù)退火實(shí)驗(yàn)。熱處理工藝如下：先將試樣以10℃/s的速度加熱到780℃，保溫150秒后緩慢冷卻到710℃，最后以50℃/秒的冷卻速度冷卻到240℃，保溫240秒。在應(yīng)變速率分別為0.0001和0.0100s-1時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，在應(yīng)變速率分別為500、1000和2250s-1時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)。將熱模擬試驗(yàn)機(jī)連續(xù)退火后的試樣，用不同型號(hào)的砂紙打磨，拋光至鏡面，然后用4%硝酸酒精溶液浸蝕，在金相顯微鏡下觀察其微觀組織。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

 1. 顯微組織觀察

   圖為雙相不銹鋼的顯微組織?？梢钥闯觯p相不銹鋼退火后的組織主要是馬氏體(圖中灰黑色部分)和鐵素體(圖中白色部分)。實(shí)驗(yàn)雙相不銹鋼的馬氏體體積分?jǐn)?shù)約為47.3%，鐵素體的平均晶粒尺寸約為3.54μm。一方面微量合金元素釩的存在使得晶粒得到了細(xì)化，另一方面含釩碳化物的析出，使得基體硬度升高，強(qiáng)度提高。

 2. 實(shí)驗(yàn)鋼準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

   圖為實(shí)驗(yàn)鋼在不同應(yīng)變速率下真應(yīng)力-等效塑性應(yīng)變曲線?？梢钥闯觯诓煌膽?yīng)變速率下，隨著塑性應(yīng)變的不斷增加，應(yīng)力也增加。應(yīng)變速率越高，真應(yīng)力也就越高，即在相同的塑性應(yīng)變下，應(yīng)變速率為0.0001s-1時(shí)所具有的應(yīng)力值最??；應(yīng)變速率為2250s-1時(shí)所具有的應(yīng)力值最大。由此可以得出，實(shí)驗(yàn)雙相鋼的應(yīng)變速率敏感性很強(qiáng)。圖為規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度RP0.2和抗拉強(qiáng)度Rm隨應(yīng)變速率的變化曲線。可以看出，隨著應(yīng)變速率的增大，規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都呈增大的趨勢。在高應(yīng)變速率下，雙相鋼發(fā)生塑性變形時(shí)，既存在軟化作用，又存在硬化作用。通過計(jì)算應(yīng)變速率敏感系數(shù)，發(fā)現(xiàn)其數(shù)值基本保持不變，說明存在軟化作用，塑性變形過程中溫度升高會(huì)引起材料發(fā)生軟化，并且此過程絕熱。與此同時(shí)，由圖可知，應(yīng)變速率強(qiáng)化作用表現(xiàn)為應(yīng)變速率增加，真應(yīng)力增加；應(yīng)變的強(qiáng)化作用表現(xiàn)為應(yīng)變增加，真應(yīng)力亦增大。

 3. 雙相不銹鋼動(dòng)態(tài)模型

   汽車中用雙相不銹鋼大多在室溫下使用，因此受溫度的影響較小，本實(shí)驗(yàn)在此不做考慮。圖為不同應(yīng)變速率下模型預(yù)測結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。可以看出，預(yù)測曲線和實(shí)驗(yàn)曲線在一定程度上趨于吻合，但是隨著應(yīng)變速率的增加，實(shí)驗(yàn)結(jié)果逐漸偏離模型預(yù)測結(jié)果。為了使模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，在此我們對(duì)上述模型進(jìn)行了修正。圖為修正后的模型預(yù)測與實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線?？梢钥闯觯S著應(yīng)變的不斷增加，真應(yīng)力呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。并且應(yīng)變速率很高時(shí)，模型預(yù)測的曲線與實(shí)驗(yàn)測得的曲線吻合度極高，說明修正后的模型能夠很好的說明雙相不銹鋼的動(dòng)態(tài)特征。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，為此我們引入可決系數(shù)來表征實(shí)驗(yàn)與模型的吻合程度，可決系數(shù)能夠在一定程度上表征實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型之間的關(guān)系，可決系數(shù)越大，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型之間吻合度越好。模型中的平均可決系數(shù)為0.9433，修正后的模型中可決系數(shù)的平均值為0.9848，即模型的可決系數(shù)明顯小于修正后的可決系數(shù)。由此可以說明，模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比吻合度較差，而修正后的模型很好地表達(dá)雙相不銹鋼的塑性變形過程，滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

   連續(xù)退火以后的雙相不銹鋼由于細(xì)晶強(qiáng)化，析出強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化的綜合作用，使得雙相鋼具有較高的強(qiáng)度。模型擬合度較差，不能滿足實(shí)驗(yàn)的要求，引入可決系數(shù)進(jìn)行修正，修正以后的模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的吻合度，在一定程度上說明了雙相不銹鋼的動(dòng)態(tài)特征。