Si-Al-Cr-Mo-B...80CP退火工艺研究及试制_艾兵权.pdf

第 卷第期四 川 冶 金 年月 y ，文章编号：（）第一作者：艾兵权（），男，研究生学历，中级工程师，主要从事高强汽车钢开发工作，：。系 退火工艺研究及试制艾兵权，邝霜，谷田，杨峰，闫鹏，武鑫，王玉慧，王海龙（唐山钢铁集团有限责任公司技术中心，河北 唐山 ；唐山钢铁集团高强汽车板有限公司，河北 唐山 ；唐山钢铁集团有限责任公司质量管理部，河北 唐山 ）摘要：利用 热模拟实验机对 系 开展退火工艺研究，重点研究退火工艺要素对力学性能与组织的影响规律；基于试验结果组织工业试制并对试制品组织与性能进行评价。试验表明：随退火温度升高，抗拉强度几乎不变，屈服强度 单调上升趋势，同时伸长率略有降低；随过时效温度升高，抗拉强度呈单调递减趋势，屈服强度 先增大后逐渐减小，伸长率基本维持稳定；带速对力学性能的影响较小。随均热温度的升高，组织由铁马两相组织向铁（少量）马贝复相组织转变；随过时效温度升高，组织由铁马双相组织向铁马贝复相组织转变同时伴随着部分颗粒状碳化物析出（马氏体脱溶分解）。试制品力学性能和烘烤硬化性能满足 及相关主机厂要求；极限弯曲比为 ，折弯性能优良，组织为典型铁马贝复相组织。关键词：热模拟；退火温度；过时效温度；组织性能；试制品中图分类号：文献标识码：o o o ，（，；，y ，）：，y ，y y，y ，y，y y ，y ，y （）；，y ，y o ：；随着全球能源紧张及环境污染等一系列问题，使用高强钢实现车身轻量化设计日益受到国内外主机厂的重视。研究表明，汽车重量每降低 ，油耗可降低 ，而生产车身的传统钢材如果使用高强钢替代，汽车整体可减重 。为使汽车达到节能减排的同时又满足其安全性，开发高强度和高韧性材料也将成为必然趋势。与常规的高强钢相比，由于复相钢具有理想的高强度，高的能量吸收能力，良好的弯曲和拉伸翻边性能，常用于底盘悬挂件、保险杠和座椅滑轨等零部件，微观组织主要以贝氏体和（或）铁素体组织为基体，并且通常分布 少 量 的 马 氏 体 和 残 余 奥 氏 体 和 珠 光 体 组织。级复相钢因其轻量化效果明显，目前在主流汽车用高强钢市场中占比逐渐加大，然而与巨大市场需求相矛盾的是目前复相钢产品主要依赖进口，具备生产条件的企业主要有瑞典 、安塞乐米塔尔、新日铁、浦项制钢等少数先进企业，国内也仅有宝钢、首钢具备接单能力，关于该强度级别复相钢退火工艺研究也罕见相关报道。基于此，本文重点研究了均热温度、过时效温度、带速等退火关键工艺对 系 力学性能与组织的影响并组织优化工艺工业试制。实验材料及方法 实验材料试验钢选用 级复相钢冷硬板，厚度：，其化学成分设计如表所示。该钢种采用低碳高锰成分设计，复合添加 、合金元素抑制冷却过程中碳化物的提前析出。另外，复相钢高屈服产品特性取决于贝氏体的含量，较同强度级别 适当降低 含量以降低过冷奥氏体稳定性以确保生成一定量的贝氏体，同时添加 及少量保证足够的相变强化比例。考虑到材料的强韧性匹配，复合添加、微合金化元素以充分发挥细晶强化强度提升同时韧性不降低的作用。实验方法图所示为试验钢 相分析软件计算 曲线和热膨胀曲线情况。可知，试验钢相变特征点以 ，为例，软件分析：，：，热膨胀仪：，：，差别较大，后续以热膨胀仪结果进行退火工艺试验研究。但是，通过图 相分析软件计算 曲线可知，冷速大于 时过冷奥氏体几乎不发生相变，这意味着该成分体系工业生产过程中对设备冷却能力要求低且可在较高的过时效温度得到一定的贝氏体组织。表试验钢化学成分单位：C C TT e m p e r a t u r e(C)9 0 08 0 07 0 06 0 05 0 04 0 03 0 02 0 0T i m e(S)0.11 01 0 0 01 0 0 0 0 0G r a i n s i z e:9 A S T MA u s t e n i t i s a t i o n:8 8 2.8 CF e r r i t e(0.1%)P e a r l i t e(0.1%)B a i n i t e(0.1%)P e a r l i t e(9 9.9%)B a i n i t e(9 9.9%)1 0 0.0 C/S1 0.0 C/S1.0 C/S0.1 C/S（）曲线直径(m)9 0 08 5 08 0 07 5 07 0 06 5 06 0 05 5 05 0 04 5 0退火温度()M s 4 3 0 M f 3 5 4 A c 1 7 3 0 A c 3 8 6 0 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0（）热膨胀曲线图试验钢特性利用 热模拟试验机对试验钢进行退火工艺研究，典型连续退火工艺如图所示。控制变量法重点研究均热温度、过时效温度、带速对复相钢力学性能和组织的影响规律，实验方案如表所示。退火热模拟试样按 切取纵向 试样，拉伸试验机测试试样力学性能；切取纵向金相试样并经镶嵌、打磨、抛光、硝酸酒精腐蚀后采 光学显微镜进行组织观察，利用型号为 扫描电镜对试制品进行 显 微 形 貌 观 察。参 考 标 准 ，利用设备型号 低温时效炉对试制成品开第期 y展烘烤硬化试验，烘烤试样尺寸参考 沿轧制方向切取 试样；参考标准 和 ，利用设备型号为 折弯试验机，开展折弯角度 情况下极限弯曲比实验以评价实验钢折弯性能，试样尺寸：，折弯试样方向：纵向。退火温度()退火时间(s)退火段缓冷段6 8 0 快冷段过时效段终冷段室温1 5 0 2 5 0 6 5 0 加热1加热2预热图典型连续退火工艺表试验方案实验变量加热退火段过时效段带速 退火温度 （间隔）过时效温度 （间隔）退火时间 （间隔 ）实验结果及分析 退火工艺对试验钢力学性能影响规律图所示为退火工艺对实验钢力学性能的影响。图 可知，随退火温度升高，抗拉强度 几乎不变，屈服强度 单调上升趋势，同时伸长率略有降低。分析认为随着均热温度的提升，奥氏体化程度逐渐变大，再结晶铁素体含量逐渐减低，这是导致屈服强度单调上升的原因之一。此外，抗拉强度 随退火温度变化不大，实际生产中结合性能指标与工艺要素综合制定退火温度范围。图 可知，随过时效温度升高，抗拉强度 呈单调递减趋势，屈服强度 先增大后逐渐减小，伸长率基本维持稳定。抗拉强度 呈单调递减与过冷度减小，相变强化比例大幅降低直接相关。图 可知，随带速提升（各段退火时间相应减小），屈服强度 先增大后逐渐减小（总体屈服强度处于一个水平）、抗拉强度、延伸率 基本维持稳定。综合考虑退火工艺与材料强韧性匹配，试样钢于退火温度：，过时效温度：，带速：工艺下可得到强韧性匹配良好的 级复相钢产品。2 0 0 01 8 0 01 6 0 01 4 0 01 2 0 01 0 0 08 0 06 0 04 0 02 0 0强度(M P a)退火温度()7 4 07 8 08 0 08 2 08 4 07 6 0A5 0(%)4 02 00-2 0-4 0-6 0R p0.2A 5 01 2.08.09.08.08.07.01 1 0 21 1 0 71 1 0 91 1 1 21 1 0 01 1 1 1R m6 1 46 4 77 1 18 0 98 5 39 1 3（）退火温度对力学性能影响1 6 0 01 4 0 01 2 0 01 0 0 08 0 06 0 04 0 0强度(M P a)过时效温度()2 6 03 0 03 2 03 4 03 6 02 8 0A5 0(%)1 21 086420-2-4R p0.2A 5 01 2.0891 1 1 2 1 1 0 01 0 7 31 0 5 21 0 2 6R m8 0 98 3 27 5 97 3 59 8 89 8 63 8 088996 8 85 9 95 9 2（）过时效温度对力学性能影响1 1 0 01 0 0 09 0 08 0 07 0 06 0 05 0 04 0 0强度(M P a)带速(m/m i n)9 01 1 01 2 01 3 01 4 01 0 0A5 0(%)2 01 81 61 41 21 086R p 01 0 1 67 1 9R m1 5 0A 6 01 0 0 61 0 1 21 0 2 31 0 0 17 5 97 5 17 5 97 2 488.49.18.39.1（）带速对力学性能影响图退火工艺对试验钢力学性能 退火工艺对试验钢组织影响规律基于以上研究，重点分析了退火温度、过时效温度对试验钢组织影响规律，如图所示。由图 可以看出，随均热温度的升高，组织由铁马两相组织向铁（少量）马贝复相组织转变。均热温度越高，奥氏体化程度越高，再结晶铁素体的量也相应越少。同时，热模拟退火温度实验时过时效温度选定为 ，过时效温度较低，快冷段过冷度较大，也四川冶金 第 卷会生成大量的马氏体组织。另外，复相组织中贝氏体相无法进行精准识别，其生成量主要取决于过冷奥氏体的稳定性和快冷段过时效温度的高低。由图 可以看出，随过时效温度升高，组织由铁马双相组织向铁马贝复相组织转变同时伴随着部分颗粒状碳化物析出（马氏体脱溶分解）。过时效温度主要影响复相组织中马氏体的含量及类型，其主要是通过影响快冷段过冷度实现的，进一步表现为对抗拉强度指标施加影响。文献认为，过时效温度主要影响材料的抗拉强度。这一定程度从图 中抗拉强度 随过时效温度升高单调递增可以侧面得到印证。同样的，屈服强度 随过时效温度高升高单调递减也可以用过时效温度影响最终组织中马氏体含量的观点来进行验证。另外，过时效温度较高时所得到的马氏体类型为位错型马氏体且马氏体经高温回火处理后，马氏体畸变度大幅降低，相同屈服条件下，比低温孪晶马氏体韧性好得多。此外，高过时效温度意味着快冷段过冷度低，快冷过程中容易产生更多的贝氏体组织（金相组织无法识别）。(a)7 4 0(b)7 8 0(c)8 2 0(d)2 6 0(e)3 2 0(f)3 4 0 1 0 m1 0 m1 0 m1 0 m1 0 m1 0 m图退火工艺对试验钢组织影响 工业试制基于前期研究工作，对实验钢在某连退产线进行了工业试制，试制工艺退火温度：，过时效温度：，带速：，试制品纵向力学性能：，：，：，：，力学性能及烘烤硬化性能满足 及相关主机厂要求。固定折弯角度时，极限弯曲比为 ，意味着该材料折弯性能优良。试制品扫描电镜组织如图所示。可知，试制品组织为典型铁马贝复相组织，后续可为复相钢工业化生产提供重要借鉴。结论（）随退火温度升高，抗拉强度 略有上升后保持稳定，屈服强度 单调上升趋势，同时伸长率略有降低；随过时效温度升高，抗拉强度 呈(a)2 0 0 0(b)5 0 0 0 图试制品组织形貌第期 y单调递减趋势，屈服强度 先增大后逐渐减小，伸长率基本维持稳定；带速对力学性能的影响较小。（）随均热温度的升高，组织由铁马两相组织向铁（少量）马贝复相组织转变；随过时效温度升高，组织由铁马双相组织向铁马贝复相组织转变同时伴随着部分颗粒状碳化物析出（马氏体脱溶分解）。（）试制品力学性能和烘烤硬化性能满足 及相关主机厂要求；极限弯曲比为 ，折弯性能优良，组织为典型铁马贝复相组织。参考文献：谢春乾，杨瑞枫，李振，等退火工艺对 级复相钢组织与性能的影响金属 热 处 理，（）：陈连生，李跃，王安东，等两相区不同等温时间下低碳复相钢的组织与性能金属 热 处 理，（）：杨蕾，王晓南，环鹏程热输入对 复相钢激光焊接接头组织性能的影响应用激光，（）：田文波，何方，刘自权钛合金化 冷轧复相钢 退 火 工 艺 研 究 河 北 冶 金，（）：苑晔，刘东雨，彭建超，等 奥氏体化温度和空冷速率对 复相钢组织和性能的影响 金属热处理，（）：崔忠圻，覃耀春 金属学与热处理（第版）北京：机械工业出版社，张雨泉，杨梵，许秀飞汽车板生产技术与管理（第版）北京：化学工业出版社，朱国明，邝霜，陈贵江，等马氏体对 冷轧双相钢屈 服 特 性 的 影 响 材 料 工 程，（）：刘丽萍，耿志宇，李桂兰硅含量和过时效温度对冷轧低合金高强钢组织与性能的影响金属热处理，（）：（上接第 页）表改造优化前后高炉生产技