浙江至德鋼業(yè)有限公司測試超高強冷軋雙相不銹鋼在不同應變速率下的準靜態(tài)和動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能，并通過(guò)數學(xué)模型研究了高應變速率下材料的變形行為。結果表明，模型擬合度較差，但是根據可決系數修正以后的模型預測結果與實(shí)驗結果具有較好的吻合度。應用在汽車(chē)上的安全結構件是超高強冷軋雙相不銹鋼的一個(gè)重要用途，應變速率對超高強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)有限公司在不同應變速率下，測試超高強冷軋雙相鋼的準靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能，結合數學(xué)模型研究了高應變速率下材料的變形行為。

一、實(shí)驗方法

   實(shí)驗所用雙相不銹鋼的主要化學(xué)成分見(jiàn)表，將冷軋后的試樣在熱模擬試驗機上進(jìn)行連續退火實(shí)驗。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。在應變速率分別為0.0001和0.0100s-1時(shí)進(jìn)行準靜態(tài)拉伸試驗，在應變速率分別為500、1000和2250s-1時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)拉伸試驗。將熱模擬試驗機連續退火后的試樣，用不同型號的砂紙打磨，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(guān)察其微觀(guān)組織。

二、實(shí)驗結果與討論

 1. 顯微組織觀(guān)察

   圖為雙相不銹鋼的顯微組織?？梢钥闯?，雙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)驗雙相不銹鋼的馬氏體體積分數約為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化，另一方面含釩碳化物的析出，使得基體硬度升高，強度提高。

 2. 實(shí)驗鋼準靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應力-應變關(guān)系

   圖為實(shí)驗鋼在不同應變速率下真應力-等效塑性應變曲線(xiàn)?？梢钥闯?，在不同的應變速率下，隨著(zhù)塑性應變的不斷增加，應力也增加。應變速率越高，真應力也就越高，即在相同的塑性應變下，應變速率為0.0001s-1時(shí)所具有的應力值最??；應變速率為2250s-1時(shí)所具有的應力值最大。由此可以得出，實(shí)驗雙相鋼的應變速率敏感性很強。圖為規定塑性延伸強度RP0.2和抗拉強度Rm隨應變速率的變化曲線(xiàn)?？梢钥闯?，隨著(zhù)應變速率的增大，規定塑性延伸強度和抗拉強度都呈增大的趨勢。在高應變速率下，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(guò)計算應變速率敏感系數，發(fā)現其數值基本保持不變，說(shuō)明存在軟化作用，塑性變形過(guò)程中溫度升高會(huì )引起材料發(fā)生軟化，并且此過(guò)程絕熱。與此同時(shí)，由圖可知，應變速率強化作用表現為應變速率增加，真應力增加；應變的強化作用表現為應變增加，真應力亦增大。

 3. 雙相不銹鋼動(dòng)態(tài)模型

   汽車(chē)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)驗在此不做考慮。圖為不同應變速率下模型預測結果和實(shí)驗結果的對比?？梢钥闯?，預測曲線(xiàn)和實(shí)驗曲線(xiàn)在一定程度上趨于吻合，但是隨著(zhù)應變速率的增加，實(shí)驗結果逐漸偏離模型預測結果。為了使模型預測結果與實(shí)驗結果相吻合，在此我們對上述模型進(jìn)行了修正。圖為修正后的模型預測與實(shí)驗結果曲線(xiàn)?？梢钥闯?，隨著(zhù)應變的不斷增加，真應力呈現不斷增加的趨勢。并且應變速率很高時(shí)，模型預測的曲線(xiàn)與實(shí)驗測得的曲線(xiàn)吻合度極高，說(shuō)明修正后的模型能夠很好的說(shuō)明雙相不銹鋼的動(dòng)態(tài)特征。為了使實(shí)驗結果更加準確，為此我們引入可決系數來(lái)表征實(shí)驗與模型的吻合程度，可決系數能夠在一定程度上表征實(shí)驗結果與模型之間的關(guān)系，可決系數越大，說(shuō)明實(shí)驗結果和模型之間吻合度越好。模型中的平均可決系數為0.9433，修正后的模型中可決系數的平均值為0.9848，即模型的可決系數明顯小于修正后的可決系數。由此可以說(shuō)明，模型預測結果與實(shí)驗結果相比吻合度較差，而修正后的模型很好地表達雙相不銹鋼的塑性變形過(guò)程，滿(mǎn)足實(shí)驗的要求。

   連續退火以后的雙相不銹鋼由于細晶強化，析出強化和位錯強化的綜合作用，使得雙相鋼具有較高的強度。模型擬合度較差，不能滿(mǎn)足實(shí)驗的要求，引入可決系數進(jìn)行修正，修正以后的模型預測結果與實(shí)驗結果具有較好的吻合度，在一定程度上說(shuō)明了雙相不銹鋼的動(dòng)態(tài)特征。