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冷却工艺对高强度热轧双相钢组织与力学性能的影响
发布者: 发布时间:2020/9/17 阅读:296

 浙江宏盛特钢有限公司通过实验室控轧控冷实验,对碳-锰-铬热轧双相钢在不同冷却工艺下的组织与性能进行了研究。结果表明,随着第一段水冷结束温度的升高,实验钢金相组织中马氏体体积分数逐渐增加,屈服强度呈下降趋势;随着第二段水冷结束温度的升高,实验钢金相组织无明显差异,力学性能没有明显差别。

 

 随着汽车行业轻量化工作的不断推进,高强度汽车用钢的需求日益增加。热轧双相钢是为满足成形极其复杂的汽车零件而开发的轻量化材料,具备高强度高韧性、低屈服比及良好冷成形性的特点,被广泛应用于汽车车轮轮辐、保险杠等零件的制造。目前热轧双相钢主要采用控轧控冷方法进行生产,冷却方式包括直接淬火、中温卷取和分段式冷却等,最终材料获得铁素体和马氏体双相组织。

 

 浙江宏盛疼有限公司以碳-锰-铬低成本热轧双相钢为研究对象,在实验室条件下对三段式冷却工艺开展实验,分别研究了第一段水冷结束温度和第二段水冷结束温度对实验钢组织与性能的影响,为热轧双相钢的工业化生产提供依据。

 

一、实验材料和方法

 

 1. 实验材料

实验材料采用600MPa级热轧双相钢连铸坯,将其锯切成40mm×50mm×60mm的方坯,在实验室进行控制轧制和控制冷却实验。钢材的主要化学成分如表所示,主要为碳-锰-铬双相钢成分设计。

 

 2. 实验方法

  将实验方坯加热至1200℃后保温2小时,再进行7道次控轧实验,终轧温度为810℃,压下规程为40→26→18→12→10→8→6→4mm。随后利用快速冷却装置进行水冷→空冷→水冷的三段式控制冷却,分别按600~740℃第一段水冷结束温度和200~350℃第二段水冷结束温度的工艺路径进行实验,具体控轧控冷工艺实测值见表。对轧后钢板取样加工成拉伸试样,按GB/T228.1-2010标准在WE-60万能拉伸实验机上进行拉伸实验。在实验钢板上截取小块金相试样,将试样磨平、抛光,经4%的硝酸酒精溶液和浸蚀后,在Neophotz型金相显微镜观察下观察微观组织。用Lepera试剂(1%Na₂S₂O,+4%苦味酸试剂)进行腐蚀,并用图象仪测定实验钢的马氏体体积分数。

 

二、实验结果和分析

 

 1. 显微组织

 试样组A中1~4号实验钢的金相组织如图所示。1号样的金相组织为铁素体+贝氏体+马氏体复相组织。2~4号样的金相组织均为等轴状铁素体+马氏体岛双相组织,马氏体岛分布均匀,经测定2号样马氏体体积分数8.2%,3号样马氏体体积分数10.3%,4号试样马氏体体积分数12.1%。

 试样组B中5~8号实验钢的金相组织如图所示。5号样为铁素体+马氏体双相组织,马氏体体积分数相对较多,约为16%。6~8号样的金相组织同样为铁素体+马氏体双相组织,马氏体呈岛状弥散分布,组织较为均匀,马氏体体积分数差别不大,均为12%。

 

 2. 力学性能

 实验钢的力学性能见表和图所示。8个试样实验钢的抗拉强度均能达到600MPa以上,屈服强度在356~420MPa,屈强比控制较好,在0.65以下。试样A组中,随着第一段水冷结束温度的升高,实验钢的屈服强度逐渐降低,相应的屈强比逐渐降低;试样B组中,随着第二段水冷结束温度的升高,实验钢的性能变化不大,仅5号实验钢的屈服强度相对较高,超过了400MPa。

 

 3. 分析

 在试样A组中,1号实验钢由于第一段水冷结束温度过低,在空冷阶段已接近了贝氏体转变区域,部分奥氏体在空冷过程中转变为贝氏体,减少了空冷过程中铁素体的体积分数,实验钢的最终组织为铁素体+贝氏体+马氏体复相组织。因此,1号样的屈服强度和抗拉强度均为该工艺条件下的最高值。

 

 随着第一段水冷结束温度的升高,2~4号实验钢组织中马氏体体积分数逐渐增加,抗拉强度呈上升趋势,屈服强度呈下降趋势。这主要是由于随着第一段水冷结束温度的升高,部分较高水冷结束温度的实验钢在空冷阶段仍处于奥氏体区域,还未发生铁素体转变,此外由于实验钢的终轧温度控制在(810±10)℃内,随着第一段水冷结束温度的升高,终轧温度与第一段水冷结束温度之间的温差逐渐降低,造成空冷阶段中的铁素体转变驱动力下降,铁素体转变体积分数逐渐减少,实验钢中残余的奥氏体体积分数逐渐增加,在第二段水冷过程中形成的马氏体体积分数也逐渐增加,使得实验钢的抗拉强度呈上升趋势;同时随着第一段水冷结束温度的升高,空冷阶段奥氏体晶粒尺寸逐渐增大,最终组织中的铁素体晶粒尺寸呈增大趋势,使得实验钢的屈服强度呈下降趋势。

 

 在试样B组中,5号实验钢由于第二段水冷结束温度过低仅200℃,实验钢组织中的马氏体体积分数明显高于其他试样,屈服强度和抗拉强度也相对较高。6~8号实验钢随着第二段水冷结束温度的升高,金相组织无明显差异,力学性能也没有出现明显差别。

 

三、结论

 

 1. 采用控制轧制和水冷→空冷→水冷的三段式控制冷却,碳-锰-铬实验钢获得了铁素体和马氏体双相组织,抗拉强度达到600MPa以上,屈强比低于0.65。

 

 2. 随着第一段水冷结束温度的升高,实验钢金相组织中马氏体体积分数逐渐增加,屈服强度呈下降趋势。当第一段水冷结束温度过低仅600℃时,实验钢在进行第二段水冷时进入了贝氏体转变区,试样组织为铁素体+贝氏体+马氏体复相组织。

 

 3. 随着第二段水冷结束温度的升高,实验钢的金相组织无明显差异,力学性能也没有明显差别。当第二段水冷结束温度过低仅200℃时,试样组织中的马氏体体积分数明显高于其他试样,屈服强度和抗拉强度也相对较高。

 

 
 

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