偏析對27MnCrB5性能的影響

張春花， 宮巨龍， 楊忠梅

（河鋼集團唐山不銹鋼有限責任公司， 河北 唐山 063105）

隨著國內汽車行業(yè)向著輕量化的方向發(fā)展，汽車上應用高強鋼，可以在保證安全性的前提下有效地減輕車身質量，降低車輛百公里燃油消耗，對節(jié)能環(huán)保事業(yè)具有很強地推動作用。27MnCrB5汽車空心穩(wěn)定桿鋼由于其強度高延伸性好，熱軋態(tài)的抗拉強度一般在700 MPa以下，淬火后強度可提升至1500 MPa以上,可以用厚度10~12 mm的鋼替代超厚規(guī)格20 mm的鋼，從而達到減輕車身整體質量的效果，已被各大鋼鐵企業(yè)爭相開發(fā)，以占領汽車鋼市場。唐山不銹鋼公司（全文簡稱唐鋼）在1580熱軋產線生產27MnCrB5過程中，組織出現(xiàn)反偏析，偏析存在于上下表面三分之一區(qū)域內，中間為無偏析的帶狀組織，俗稱反偏析、逆偏析或三明治偏析。雖然性能滿足協(xié)議要求，但為了提高產品質量，對產品性能的影響，對鋼卷進行拉伸試驗均勻性、不同溫度沖擊試驗均勻性分析，以便改進工藝。

1 檢測數據

1.1 成分和性能檢測數據

材料合金成分：w（C）=0.28%，w（Si）=0.25%，w（Mn）=1.25%，w（S）=0.004%，w（P）=0.018%，w（Alt）=0.003%，w（Cr）=0.39%，w（Ti）=0.035%，w（B）=0.003% ，w（N）=0.0036%；性能為 Rm=631 MPa，ReL=417 MPa，A=24.5%，滿足設計要求范圍。材料采用復合微合金強化，發(fā)揮Cr、B的細晶強化和沉淀強化作用，添加適量的硼，使27MnCrB5鋼的淬透性顯著提高[1]。

1.2 鑄坯低倍分析

嚴重的中心偏析會導致產品在使用過程中出現(xiàn)沖壓分層、沖壓開裂、折彎開裂、沖擊功不合等質量問題[2]。對軋制前的鑄坯低倍組織進行調取查看分析，如圖1為中心偏析C類0.5級，屬于偏析較輕微。

圖1 鑄坯低倍圖片

1.3 顯微組織

金相樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕，在光學顯微鏡下進行顯微組織觀察和采集，得到的組織如圖1所示。鋼中非金屬夾雜物的不合理分布，嚴重惡化鋼的性能，且會導致產品成材率降低[3]。試樣中夾雜物為D類細系0.5級，未達到影響性能的程度。材料由珠光體和鐵素體構成，珠光體中片層明顯。上下距表面1/3區(qū)域為珠光體偏析層,中間為帶狀層帶狀組織2級晶粒度11級，圖1所示。珠光體偏析帶的存在會明顯降低鋼材的塑性和冷成型性能，以及阻止裂紋擴展能力，并可能使得韌脆轉變溫度升高，從而使鋼的低溫沖擊韌性變差[4]。

2 試驗分析

為了研究偏析對鋼板性能的影響，進行不同位置不同方向拉伸均勻性試驗和系列冷卻溫度沖擊試驗。

圖2 顯微組織

2.1 拉伸性能均勻性試驗

從通寬樣板上制取不同位置拉伸試樣，進行試驗，檢驗結果見表1。可見性能均滿足設計要求且波動小，均勻性良好，說明拉伸性能不受偏析影響。

表1 拉伸試驗結果

2.2 系列低溫沖擊試驗

沖擊試驗用縱向V型缺口，試樣尺寸為10mm×10 mm×55mm，沖擊功數據見表2。可見隨著溫度的降低，沖擊功呈階梯狀下降，溫度每降低20℃，沖擊功下降20～30 J，脆性轉變?yōu)?20℃，生產的其他高強汽車用鋼基本為-40℃。通常來說，隨著高強鋼強度的提高，韌性也會降低，同時由于熱軋高強鋼組織比較復雜，因此其沖擊功存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

表2 沖擊試驗結果

3 生產工藝調整的討論

高強度微合金鋼強度的提高主要由超細晶粒來提供。在控軋中使用微合金元素，使之在鋼種形成碳、氮及碳氮化合物，利用在不同條件下產生溶解和析出機理起抑制晶粒長大及產生沉淀強化作用。碳在高強度鋼中是最有效的強化元素，同時也是形成珠光體組織的元素，能明顯降低塑形使韌脆轉變溫度升高。錳能與Fe無限固溶，在提高鋼材強度的同時，對塑性的影響相對較小，能細化鐵素體晶粒尺寸來提高沖擊性能。極微量的硼能夠顯著提高鋼的淬透性，使鋼的臨界冷卻速度大幅度降低。

降低碳含量，從而減少組織中的珠光體含量，由以往生產 26MnB5和 34MnB5的經驗，w（C）由0.28%調整為0.26%，w（Mn）由1.25%調整為1.28%，w（B）由0.003%調整為0.002%。生產時需對鋼卷實行熱區(qū)堆放緩冷，以提高強度和強度的均勻性[5]。進行控軋控冷，終軋溫度由860℃調整為880℃，卷取溫度由700℃調整為720℃。控制軋后快速冷卻能產生強韌化效果，進一步細化鐵素體晶粒，使珠光體分布均勻。軋后立即開始層流冷卻，冷卻速度太高使脆性轉變溫度升高，最佳冷卻速度為7～15℃/s。

改進工藝后，反偏析現(xiàn)象消失，帶狀組織2級，晶粒度保持12級，強度平均升高20 MPa，沖擊功得到提升，見表3。

表3 改后沖擊試驗結果

4 結論

1）27MnCrB5顯微組織中存在異常的反偏析，拉伸性能不受影響。

2）偏析影響低溫沖擊功，沖擊功較低的主要原因是在鋼板厚度距離上下表面1/3區(qū)域有比較嚴重的珠光體偏析帶。

3）優(yōu)化成分降低碳硼含量提高錳含量，以減少組織中的珠光體含量,偏析程度得到緩解。

4）進行控軋控冷，調整終軋溫度和卷取溫度，提高冷卻速度，細化晶粒保證高強度，強度提高20MPa，脆性轉變溫度由-20℃降為-40℃。