高强钢晶界和晶内选择性氧化的研究

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高强钢(包括无相变诱发塑性钢(TRIP)、间隙原子钢(IF)、多相钢(CP)、双相钢(DP)以及马氏体钢)中合金元素(如Mn、Al、Si、Cr等)的加入使其具有强度高、韧性好的性能特点,可满足汽车轻质高强节能的要求,在汽车行业中应用广泛。但由于高强钢含有许多活泼元素,其广泛应用还需要解决其防腐问题。热浸镀锌钢板具有优异的抗腐蚀性能、良好的成形性及焊接性能且成本低,是解决高强钢生锈问题的有效途径。然而,由于镀锌前的退火过程中微量合金元素的选择性氧化和析出恶化了锌对钢板的润湿性形成“裸露点”,因此,高强钢中合金元素的加入使得热浸镀锌浸镀困难。硅、锰是钢基中添加的主要合金元素,本研究以含硅、锰合金的高强钢为例,计算得到表面可能形成的氧化物,分析其选择性氧化。同时,实验分析了钢基中合金元素锰对热浸镀锌的影响。研究发现,0.4wt.%的锰使得扩散层总厚度增厚,当锰含量增加到1.2wt.%以上时,扩散层总厚度反而开始下降;铁基体中的锰促进扩散初期δ相的生长,在扩散后期促进ζ层生长,δ相的生长速度减缓。镀锌层的质量极大的依赖于钢板表面化学成分,微量元素的加入使得再结晶退火时发生选择性表面氧化,恶化了表面条件。本工作围绕退火过程中合金元素在晶界以及晶内的选择性氧化过程展开了深入研究。设定初始条件,利用Fisher模型进行退火过程的模拟计算,得到不同条件下晶界及晶内可形成的氧化物以及形成深度。计算结果表明:1.氧在晶界的扩散速率远远大于晶内,随着晶粒尺寸的减小,晶内的氧浓度逐渐接近晶界,因此晶粒越细小,出现晶界选择性氧化的可能性越小;2.氧在γ-Fe中的扩散速率大于α-Fe,在γ-Fe中晶界与晶内氧浓度的差异低于α-Fe;3.随着露点的增加,氧浓度增大,晶界与晶内氧浓度的差异随着露点值的减小而减小,当露点降到-80℃时晶界与晶内氧浓度的差异反而增大;4.氧浓度随着氢压的增大而减小,而氢压对氧浓度的影响因子随着其增大而逐渐减小;5.氧化物形成的最低氧压以及氧的扩散速率均随退火温度的增加而增加,晶界与晶内氧浓度的差异随着退火温度的升高而降低,在退火温度T=993.15K时,氧气不能扩散到晶内,T=1373.15K时,晶界与晶内的氧浓度基本接近。计算得到铁素体退火条件下(其中露点为-30℃,退火气氛为90%N2-10%H2)CMnSi TRIP钢的选择性氧化。结果表明,在晶界深度为0.88μm下能形成MnO,晶内无法形成MnO;在表面以下50nm存在SiO2。计算得到的结果与实验结果基本吻合。
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