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    冷卻工藝對高強度熱軋雙相鋼組織與力學性能的影響
    發布者: 發布時間:2020/9/17 閱讀:359

     浙江宏盛特鋼有限公司通過實驗室控軋控冷實驗,對碳-錳-鉻熱軋雙相鋼在不同冷卻工藝下的組織與性能進行了研究。結果表明,隨著第一段水冷結束溫度的升高,實驗鋼金相組織中馬氏體體積分數逐漸增加,屈服強度呈下降趨勢;隨著第二段水冷結束溫度的升高,實驗鋼金相組織無明顯差異,力學性能沒有明顯差別。

     

     隨著汽車行業輕量化工作的不斷推進,高強度汽車用鋼的需求日益增加。熱軋雙相鋼是為滿足成形極其復雜的汽車零件而開發的輕量化材料,具備高強度高韌性、低屈服比及良好冷成形性的特點,被廣泛應用于汽車車輪輪輻、保險杠等零件的制造。目前熱軋雙相鋼主要采用控軋控冷方法進行生產,冷卻方式包括直接淬火、中溫卷取和分段式冷卻等,最終材料獲得鐵素體和馬氏體雙相組織。

     

     浙江宏盛疼有限公司以碳-錳-鉻低成本熱軋雙相鋼為研究對象,在實驗室條件下對三段式冷卻工藝開展實驗,分別研究了第一段水冷結束溫度和第二段水冷結束溫度對實驗鋼組織與性能的影響,為熱軋雙相鋼的工業化生產提供依據。

     

    一、實驗材料和方法

     

     1. 實驗材料

    實驗材料采用600MPa級熱軋雙相鋼連鑄坯,將其鋸切成40mm×50mm×60mm的方坯,在實驗室進行控制軋制和控制冷卻實驗。鋼材的主要化學成分如表所示,主要為碳-錳-鉻雙相鋼成分設計。

     

     2. 實驗方法

      將實驗方坯加熱至1200℃后保溫2小時,再進行7道次控軋實驗,終軋溫度為810℃,壓下規程為40→26→18→12→10→8→6→4mm。隨后利用快速冷卻裝置進行水冷→空冷→水冷的三段式控制冷卻,分別按600~740℃第一段水冷結束溫度和200~350℃第二段水冷結束溫度的工藝路徑進行實驗,具體控軋控冷工藝實測值見表。對軋后鋼板取樣加工成拉伸試樣,按GB/T228.1-2010標準在WE-60萬能拉伸實驗機上進行拉伸實驗。在實驗鋼板上截取小塊金相試樣,將試樣磨平、拋光,經4%的硝酸酒精溶液和浸蝕后,在Neophotz型金相顯微鏡觀察下觀察微觀組織。用Lepera試劑(1%Na₂S₂O,+4%苦味酸試劑)進行腐蝕,并用圖象儀測定實驗鋼的馬氏體體積分數。

     

    二、實驗結果和分析

     

     1. 顯微組織

     試樣組A中1~4號實驗鋼的金相組織如圖所示。1號樣的金相組織為鐵素體+貝氏體+馬氏體復相組織。2~4號樣的金相組織均為等軸狀鐵素體+馬氏體島雙相組織,馬氏體島分布均勻,經測定2號樣馬氏體體積分數8.2%,3號樣馬氏體體積分數10.3%,4號試樣馬氏體體積分數12.1%。

     試樣組B中5~8號實驗鋼的金相組織如圖所示。5號樣為鐵素體+馬氏體雙相組織,馬氏體體積分數相對較多,約為16%。6~8號樣的金相組織同樣為鐵素體+馬氏體雙相組織,馬氏體呈島狀彌散分布,組織較為均勻,馬氏體體積分數差別不大,均為12%。

     

     2. 力學性能

     實驗鋼的力學性能見表和圖所示。8個試樣實驗鋼的抗拉強度均能達到600MPa以上,屈服強度在356~420MPa,屈強比控制較好,在0.65以下。試樣A組中,隨著第一段水冷結束溫度的升高,實驗鋼的屈服強度逐漸降低,相應的屈強比逐漸降低;試樣B組中,隨著第二段水冷結束溫度的升高,實驗鋼的性能變化不大,僅5號實驗鋼的屈服強度相對較高,超過了400MPa。

     

     3. 分析

     在試樣A組中,1號實驗鋼由于第一段水冷結束溫度過低,在空冷階段已接近了貝氏體轉變區域,部分奧氏體在空冷過程中轉變為貝氏體,減少了空冷過程中鐵素體的體積分數,實驗鋼的最終組織為鐵素體+貝氏體+馬氏體復相組織。因此,1號樣的屈服強度和抗拉強度均為該工藝條件下的最高值。

     

     隨著第一段水冷結束溫度的升高,2~4號實驗鋼組織中馬氏體體積分數逐漸增加,抗拉強度呈上升趨勢,屈服強度呈下降趨勢。這主要是由于隨著第一段水冷結束溫度的升高,部分較高水冷結束溫度的實驗鋼在空冷階段仍處于奧氏體區域,還未發生鐵素體轉變,此外由于實驗鋼的終軋溫度控制在(810±10)℃內,隨著第一段水冷結束溫度的升高,終軋溫度與第一段水冷結束溫度之間的溫差逐漸降低,造成空冷階段中的鐵素體轉變驅動力下降,鐵素體轉變體積分數逐漸減少,實驗鋼中殘余的奧氏體體積分數逐漸增加,在第二段水冷過程中形成的馬氏體體積分數也逐漸增加,使得實驗鋼的抗拉強度呈上升趨勢;同時隨著第一段水冷結束溫度的升高,空冷階段奧氏體晶粒尺寸逐漸增大,最終組織中的鐵素體晶粒尺寸呈增大趨勢,使得實驗鋼的屈服強度呈下降趨勢。

     

     在試樣B組中,5號實驗鋼由于第二段水冷結束溫度過低僅200℃,實驗鋼組織中的馬氏體體積分數明顯高于其他試樣,屈服強度和抗拉強度也相對較高。6~8號實驗鋼隨著第二段水冷結束溫度的升高,金相組織無明顯差異,力學性能也沒有出現明顯差別。

     

    三、結論

     

     1. 采用控制軋制和水冷→空冷→水冷的三段式控制冷卻,碳-錳-鉻實驗鋼獲得了鐵素體和馬氏體雙相組織,抗拉強度達到600MPa以上,屈強比低于0.65。

     

     2. 隨著第一段水冷結束溫度的升高,實驗鋼金相組織中馬氏體體積分數逐漸增加,屈服強度呈下降趨勢。當第一段水冷結束溫度過低僅600℃時,實驗鋼在進行第二段水冷時進入了貝氏體轉變區,試樣組織為鐵素體+貝氏體+馬氏體復相組織。

     

     3. 隨著第二段水冷結束溫度的升高,實驗鋼的金相組織無明顯差異,力學性能也沒有明顯差別。當第二段水冷結束溫度過低僅200℃時,試樣組織中的馬氏體體積分數明顯高于其他試樣,屈服強度和抗拉強度也相對較高。

     

     
     

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