312paper快冷对超高强钢板性能的影响

312paper快冷对超高强钢板性能的影响朱晓东李旭飞（宝钢股份公司技术中心，上海201900）摘要：以C－Si－Mn为要紧元素的相变强化冷轧高强度钢板为研究对象，为了得到抗拉强度相当于980MPa级以上的强度，研究了连续退火快速冷却工艺对力学性能的阻碍。研究发觉，提高快冷速度，能够显著提高钢的抗拉强度。在15-150℃/s的喷气冷却速度区间，当含碳量低于0.12％时，仅靠提高冷却速度，专门难使抗拉强度达到980MPa以上。即使采纳水淬，含碳量也应高于0.1％才能够达到980MPa级的强度。其它工艺参数如快冷开始温度、快冷终止和过时效温度都对钢的强度有较显著的阻碍。关于合金元素较低的高强度钢板，350℃以上过时效，会使钢的强度显著下降。组织观看讲明，过时效温度达到350℃时，碳化物会明显析出，从而造成强度显著下降。关键词：冷轧；超高强度钢；连续退火，快速冷却1引言为了降低油耗和减少排放，车身减重正在成为汽车行业要紧的关注点之一。随着采纳新型替代燃料趋势的进展，新的车身结构要求进一步减轻车重。在减重的同时又要坚持车身结构的刚度，就必须使用超高强钢来取代目前的软钢和常规高强钢，如此才能够与轻质材料比如铝进行竞争[1,2]。超高强钢一样是指抗拉强度达到或超过980MPa的钢，均通过相变进行强化，组织中含有马氏体和/或贝氏体等[3,4]。冷轧相变强化带钢采纳连续退火工艺进行生产，典型的退火周期包括临界退火段、慢冷段、快冷段和过时效段（OA）。对先进高强钢而言，快冷段专门重要。常用的快速冷却技术包括高速气体冷却（HGJC）、高氢冷却（H2-HGJC）、水雾冷却（ACC）以及水淬（WQ）。为了获得超高强度，本文研究了连续退火工艺参数对实验室制备用钢的阻碍。2材料和实验方法在实验室设计了三种试验用钢，碳和合金元素含量不同。众所周知，对高强钢的应用而言，焊接性能专门重要，因此，在设计高强钢时，获得高强度的同时尽可能保持低碳与低合金含量是要紧思路。为了实现低碳低合金含量的高强钢，本文采纳了一系列冷却参数。试验用钢成分见表1，先经50kg的感应炉冶炼，然后进行锻造，在860℃热轧，620℃卷取，再进行酸洗、55-60％的压下量冷轧以及连续退火后最终制得平板试样。利用AWY—CCT型连续退火模拟试验设备模拟不同的退火参数，见表2。表1试验用钢的化学成分[%]编号CSiMnPSAlNNbA0.150.472.290.0170.0110.0450.00290.021B0.110.422.020.0080.0030.050.00350.029C0.0750.4541.860.0130.00640.0420.0028表2连续退火模拟参数工艺均热慢冷快冷过时效参数温度：T1时刻：t1冷却速度：v1开始温度：T2终止温度：T3冷却速度：v2温度：T4时刻：t2力学性能测试采纳JIS5＃板状拉伸试样，在Instron拉伸试验机上进行。金相显微组织腐蚀采纳2%的硝酸。3试验结果图1是快冷速度（v2）对力学性能的阻碍。从图中能够看到，随着v2增加，所有试验钢种的抗拉强度都单调增加，冷却速度为40℃/s时，A钢的抗拉强度超过980MPa，然而B钢和C钢的冷却速度即使达到100℃/s左右时，其抗拉强度仍旧明显低于980MPa。图1冷却速度对力学性能的阻碍（T1=800℃,t1=80s,v1=7℃/s,T2=650℃,T3=T4=270℃,t2=300s）图2是快冷开始温度（T2）对A钢力学性能的阻碍，A钢的强度随着快冷开始温度的提高而提高，而延伸率则随着快冷开始温度的上升而下降。图2快冷开始温度对A钢力学性能的阻碍(T1=800℃,t1=80s,v1=7℃/s,v2=90℃/s,T3=T4=270℃t2=300s)图3为快冷终止温度（T4）和过时效温度对力学性能的阻碍。能够看到，在冷却速度达到90℃/s的条件下，当T4低于300℃时，屈服强度和抗拉强度随着T4的降低而增加，抗拉强度能够达到和超过1050MPa，然而当T4高于350℃时，A钢的抗拉强度迅速降低到980MPa以下，这讲明T4对强度具有专门大阻碍。图3快冷终止温度对A钢力学性能的阻碍(T1=800℃,t1=80s,T2=650℃,v2=90℃/s,t2=300s)为了研究超快冷却对B钢和C钢力学性能的阻碍，本文采纳水淬提高钢的强度。图4显示的是水淬开始温度对C钢力学性能的阻碍。从图中能够清晰的看到，与气冷相比，水淬使C钢的强度提高了100MPa或者更多，然而，即便淬火开始温度高达750℃时，C钢的抗拉强度仍旧没有超过900MPa。图4水淬开始温度对C钢力学性能的阻碍(T1=800℃,t1=80s,v1=aircooling,v2=waterquench,T3≤50℃)图5是水淬开始温度对B钢力学性能的阻碍，从图中能够看出，淬火开始温度使抗拉强度单调提高，当水淬开始温度大于700℃时，B钢的抗拉强度超过980MPa。图6是不同水冷条件下A钢的强度，能够看到，水淬后A钢的抗拉强度能够高达1400MPa，只是延伸率专门有限。图5水淬开始温度对B钢力学性能的阻碍(T1=800℃,t1=80s,v1=aircooling,v2=waterquench,T3<50℃,T4=270℃,t2=300s)图6水淬开始温度对A钢力学性能的阻碍(T1=800℃,t1=80s,v1=aircooling,v2=waterquench,T3<50℃,T4=270℃,t2=300s)4讨论快冷段冷却速度对奥氏体是否能够转变成马氏体至关重要，当冷却速度低时，奥氏体会优先转变成铁素体，同时奥氏体中将发生碳富集，导致碳化物析出，降低强度。当快冷速度较高时，奥氏体在冷却过程中会转变成马氏体，导致马氏体体积分数增加，从而提高强度。图7是在两种不同快冷速度下A钢的显微组织，从图中能够清晰的看到碳化物分布以及马氏体体积分数的差异。5µm(a)55µm(a)5µm(b)图7快冷速度对A钢显微组织的阻碍v2=20℃/s,T1=800℃,t1=80s,T2=650℃,T3=T4=270℃,t2=300s(b)v2=100℃/s,T1=800℃,t1=80s,T2=650℃,T3=T4=270℃,t2=300s然而，快冷速度并不是决定强度的唯独因素，如图1所示，低碳钢（C钢和B钢）的强度明显低于高碳钢（A钢）的强度。要获得与A钢相似的强度，B钢就必须采取更高的冷却速度进行冷却，而C钢的碳含量太低，因此，即使进行水淬，其抗拉强度也不能达到980MPa。快冷开始温度与过冷奥氏体量有直截了当关系。在快冷过程中，假如冷却速度足够快，过冷奥氏体将转变成马氏体。因此，快冷开始温度会阻碍钢中马氏体含量。从图8能够看到，在冷却速度为80℃/s的条件下，T2＝700℃时马氏体量明显比T2＝600℃时马氏体量多，这是其强度增加的一个要紧缘故。5µm(b)55µm(b)5µm(a)图8快冷开始温度对A钢显微组织的阻碍(a)T2=600℃,T1=800℃，t1=80s,v2=80℃/s,T3=T4=270℃,t2=300s(b)T2=700℃,T1=800℃,t1=80s,v2=80℃/s,T3=T4=270℃,t2=300s当快冷终止温度低时，不仅能够保证过冷奥氏体充分转变成马氏体，而且能够幸免马氏体在过时效（回火）过程中造成的马氏体分解。图9是T3对显微组织的阻碍，当过时效温度达到350℃或以上时能够清晰的看到碳化物形成，而过时效温度为270℃或低于270℃时，碳化物析出明显受阻，钢不易过度软化。5µm(b)(a)5µm(b)(a)5µm图9过时效温度对A钢显微组织的阻碍T3=T4=270℃,T1=800℃,t1=80s,T2=650℃,v2=80℃/s,t2=300s(b)T3=T4=350℃,T1=800℃,t1=80s,T2=650℃,v2=80℃/s,t2=300s从试验结果来看，冷却速度、快冷开始温度、快冷终止温度以及碳含量对抗拉强度有专门大的阻碍。在合金含量一定的情形下，水淬是获得最高强度的最好的方法。碳含量对钢的强度也专门重要，要想获得980MPa级的强度，碳含量超过0.1%是首要的。5结论（1）快冷速度增加能够提高试验用钢的强度。关于A钢而言，H2-HGJC范畴内的快冷速度足以获得超过980MPa的抗拉强度，然而关于B钢和C钢来讲，在冷却速度为100℃/s左右的条件下，抗拉强度明显低于980MPa。（2）假如快冷开始温度提高，屈服强度和抗拉强度都会提高。快冷开始温度达到700℃或以上时，A钢的YP/TS比迅速提高。（3）快冷终止和过时效温度对钢的强度也有专门大的阻碍。当过时效温度超过350℃时，会造成钢的严峻软化，这种现象是由于奥氏体向马氏体转变不完全、马氏体分解和碳化物析出等缘故造成的。（4）所试验钢种的强度能够通过水淬进一步提高。通过水淬，B钢的强度能够超过980MPa，然而由于C钢的碳含量低，其强度远低于980MPa。参考文献[1]M.Jeanneau,P.Pichan:LaRevueDemetallurgies-CITVol.11(2000),p13