22MnB5热成形钢连铸坯高温力学性能研究_王欢龙.pdf

第 30 卷 第 2 期2023 年 2 月塑性工程学报JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERINGVol.30 No.2Feb.2023引文格式:王欢龙,岳重祥,张志建,等.22MnB5 热成形钢连铸坯高温力学性能研究 J.塑性工程学报,2023,30(2):170-176.WANG Huanlong,YUE Chongxiang,ZHANG Zhijian,et al.Research on mechanical properties of 22MnB5 continuously casted slab at high temperature J.Jour-nal of Plasticity Engineering,2023,30(2):170-176.通信作者:张志建,男,1979 年生,博士,高级工程师,主要从事冷轧钢板产品开发及应用研究,E-mail:zhangzj-iris 第一作者:王欢龙,男,1983 年生,硕士,工程师,主要从事汽车钢产品开发及应用研究,E-mail:250391022 收稿日期:2022-03-21;修订日期:2022-12-0922MnB5 热成形钢连铸坯高温力学性能研究王欢龙,岳重祥,张志建,陈 刚(江苏省(沙钢)钢铁研究院,江苏 张家港 215625)摘 要:采用 Gleeble-3800 热模拟试验机对 22MnB5 热成形钢连铸坯在 6001300 温度范围内的高温力学性能进行了测试,借助扫描电镜观察了高温拉伸后的断口形貌。系统分析了形变温度对应力-应变曲线、高温强度及热塑性的影响。结果表明,22MnB5 热成形钢连铸坯的高温拉伸过程是形变强化和动态软化共同作用的结果,高温强度随形变温度的升高而下降。22MnB5 热成形钢连铸坯的第 1 脆性区在 1250 至熔点范围内,为 S 和 P 元素在枝晶间偏析导致晶界熔融所致。第 3 脆性区在 650750 范围内,为奥氏体晶界 BN 析出和奥氏体铁素体相变所致,加入 Ti 可使第 3 脆性区变窄且趋向较低温度区。在8001200 温度范围内 22MnB5 热成形钢连铸坯塑性良好,可为此类钢的连铸工艺制定提供参考,以减少铸坯裂纹缺陷的产生。关键词:22MnB5;连铸坯;热成形钢;高温强度;热塑性中图分类号:TG142.1 文献标识码:A 文章编号:1007-2012(2023)02-0170-07doi:10.3969/j.issn.1007-2012.2023.02.020Research on mechanical properties of 22MnB5 continuously casted slab at high temperatureWANG Huan-long,YUE Chong-xiang,ZHANG Zhi-jian,CHEN Gang(Institute of Research of Iron and Steel,Shagang,Jiangsu Province,Zhangjiagang 215625,China)Abstract:High temperature mechanical properties of 22MnB5 continuously casted slab were tested in the temperature range of 600-1300 by Gleeble-3800 thermal simulator.The fracture morphologies after high temperaure tension were observed by scanning electron microscope(SEM).The influence of deformation temperature on stress-strain curves,high temperature strength and hot plasticity was an-alyzed.The results show that the high temperature tensile process of 22MnB5 continuously casted slab is the results of the interaction of deformation strengthening and dynamic softening,and the high temperature strength decreases with the increase of deformation tempera-ture.The first brittle zone of 22MnB5 continuously casted slab is between 1250 and melting point,which is caused by the melting of grain boundary due to the segregation of S and P elements in the interdendritic.The third brittle zone is in the range of 650-750,which is caused by the BN precipitation in austenite grain boundary and the phase transition of austeniteferrite,and the addition of Ti can make the third brittle zone narrow and move it to the zone with lower temperature.The plasticity of 22MnB5 continuously casted slab is good in the range of 800-1200,which provides a reference for the continuously casting process for this kind of steel to reduce the oc-currence of cracks in casted slab.Key words:22MnB5;continuously casted slab;hot forming steel;high temperature strength;hot plasticity 引言当前,世界能源、资源和环境保护问题日趋严峻,汽车制造业用钢铁实现环保、安全和节能成为重要的发展趋势。随着交通运输业的发展,为提高车辆承载能力及满足安全节能环保的需求,高强减薄轻量化及节能降耗是汽车结构用钢产品的发展方向。文献 1 和文献 2 表明,乘用车质量每降低 10%,可节省燃油消耗 6%8%。采用热成形汽车结构钢,车辆制造企业应用先成形后强化的加工工艺,可以完美地解决强度与成形性间的矛盾3,超高强热成形零件是目前实现车辆车身减薄轻量化最有效、最经济的手段之一4。热冲压成形技术是一种先进的汽车零部件高强化制造技术,其首先将钢板加热至奥氏体化温度,然后在高温下进行汽车零部件的冲压成形,并在模具内将零件快速冷却淬火,从而获得具有马氏体组织的高强度零件5-6。目前市场上广泛应用的热成形钢大多通过加入微量 B 元素来提高钢的淬透性、强度和韧性,但 B 元素在改善钢性能的同时,在较高温度下也极易与钢中的 N 结合并在奥氏体晶界沉淀,引起晶界脆化,大大降低钢的热塑性,使钢的裂纹敏感性增加7-12。本文以 22MnB5 含 Ti 热成形钢连铸坯为研究对象,应用 Gleeble-3800 热模拟试验机测试高温力学性能,对其应力-应变曲线、高温强度、高温热塑性、断口形貌及裂纹成因等进行了研究,为此类钢连铸生产工艺的制订和完善提供参考。1 试验1.1 试验材料试验用钢取自某钢厂生产的 22MnB5 热成形钢连铸坯,其化学成分如表 1 所示。表 1 22MnB5 热成形钢连铸坯化学成分(%,质量分数)Tab.1 Chemical compositions of 22MnB5 constinuously casted slab(%,mass fraction)成分CSiMnPSCrNbBTiN含量0.210.20.41.21.40.0110.0040.190.010.040.0020.0040.020.040.002 为测试热成形钢的高温力学性能,沿垂直铸坯纵向切取尺寸为 14 mm14 mm140 mm 的长条试样,切取方式如图 1 所示,将长条试样加工成尺寸为 10.0 mm116.9 mm 的标准高温拉伸试样,并在试样两端加工 M10 的标准螺纹用于试验时试样的固定,如图 2 所示。图 1 铸坯取样示意图Fig.1 Schematic diagram of casted slab sampling图 2 高温拉伸试样尺寸Fig.2 Dimensions of high temperature tensile sample1.2 试验方案高温力学性能测试设备为 Gleeble-3800 热模拟试验机,真空室真空度为 1.3310-5 MPa,测试温度范围为 6001300,拉伸试验方案如图 3 所示。(1)试 验 温 度 不 高 于 1200 时,首 先 以10 s-1的升温速率将试样加热到 1250 并保温图 3 高温拉伸试验方案示意图Fig.3 Schematic diagram of high temperature tensile test scheme5 min,然后以 3 s-1的降温速率将试样冷却至测试温度(600、700、750、800、850、900、950、1000、1050、1100、1150 和 1200),保温 3 min,然后以 210-3 s-1的应变速率拉伸试样至断裂,试样拉断后立即以 50 s-1的冷却速率将试样冷却到室温,以保留高温下断口的形貌特征。(2)试 验 温 度 高 于 1200 时,将 试 样 以10 s-1的升温速率直接加热到测试温度(1250和 1300),保温 5 min 后以 210-3 s-1的应变速率拉伸试样至断裂,试样拉断后立即以 50 s-1的冷却速率将试样冷却到室温,以保留高温下断口的形貌特征。断口形貌观察设备为 EVO18 型蔡司扫描电子显微镜,试样放入 SEM 样品仓前用 75%酒精进行清洗171 第 2 期王欢龙 等:22MnB5 热成形钢连铸坯高温力学性能研究并用吹风机吹干。2 结果及分析2.1 工程应力-工程应变曲线通过 Gleeble-3800 热模拟试验机测定 22MnB5热成形钢连铸坯试样在 6001300 温度范围的工程应力-工程应变曲线,如图 4 所示。由图可知,初始阶段工程应力随工程应变的增加呈线性关系增加,在试样所受外力撤销后,变形可以恢复原来的形状。当工程应力超过屈服极限后,试样发生均匀塑性变形且出现形变强化现象。在工程应力超过材料的强度极限后,试样发生不均匀塑性变形并出现缩颈现象,工程应力随工程应变程度的增加呈逐渐下降趋势,最后当应力达到颈缩处的极限抗力时试样断裂。从图 4 中还可以看出,随着测试温度的升高,工程应力-工程应变曲线整体向左下方移动,应力及对应峰值随试验温度的升高而下降,试样的形变强化效果逐渐减小。图 4 不同温度下 22MnB5 热成形钢连铸坯试样的工程应力-工程应变曲线(a)600900(b)9501300 Fig.4 Engineering stress-engineering strain curves of 22MnB5continuously casted slab at different temperatures上述现象主要是形变强化和动态软化过程共同作用的结果13-14,具体表现在以