1500MPa 級別馬氏體鋼水淬段板形控制技術

吳 鑫，李 震，王坤鵬，劉 磊

(河北鋼鐵集團邯鄲鋼鐵公司，河北 邯鄲 056005)

近些年來，中國汽車行業高速發展，面對汽車安全性與輕量化要求的不斷提高，高強汽車用鋼逐漸被大量應用。因此高強汽車板具有廣闊的市場前景，同時也具有較高的經濟附加值。目前國內高強汽車板需求量較大，而河北省在此方面還基本處于空白水平，在此市場與經濟背景之下，邯鋼邯鋼建成一條年產量45 萬噸的1650 高強連退生產線，生產線采用高氫的高速噴氣冷卻（H2-HGJC）和高速噴水冷卻（WQ）相結合且可切換的兩種熱處理核心技術，其高速噴水冷卻技術可以提供最大1000K/s 的冷卻速率來滿足先進高強鋼的退火工藝要求，其產品最高強度可達1500MPa，產品覆蓋DP、TRIP、MS、Q&P鋼等先進高強鋼，該產線大大提升了邯鋼在高強汽車用鋼等高附加值冷軋產品領域的競爭力。

由于帶鋼在水淬段時間極短（一般情況下小于1 秒），帶鋼采用無控制模式（不能控制水淬段張力以及速度調節），帶鋼在水淬段中的板型無法手動干預，水淬段較差的板形會對后續的過時效均勻性，以及影響后續酸洗段擠干輥的擠干效果，形成成品表面水淬亮斑，影響最終產品質量。邯鋼水淬工藝生產初期，因為水淬亮斑缺陷導致的廢次材比例達到80%以上，嚴重影響了的質量成本及合同交付。為解決這一行業共性技術難題，本文從水淬工藝參數調整開展研究，改善帶鋼水淬板形，消除水淬亮斑缺陷。

1 水淬段板形惡化現象

圖1 帶鋼出水淬段后板形及亮斑缺陷

抗拉強度在1000-1500MPa 的超高強鋼，在經過水淬冷卻段后，成品表面會形成大面積亮斑。馬氏體鋼表面亮斑和表面光潔度較差等質量問題的直接原因均為帶鋼出水淬段后出現褶皺現象，板形較差，凸起處與在線輥子不斷摩擦，出現亮斑（圖1）。酸洗、平整拉矯后板帶表面氧化鐵皮去除，板形良好，但亮斑無法消除。板帶兩面均存在亮斑，且無規律。所以，消除水淬亮斑的關鍵是改善水淬段板形。

2 水淬段板形惡化機理

2.1 板形惡化機理分析

板形差的根本原因是帶鋼在水淬段冷卻速率不均勻，導致帶鋼各個部位發生相變的時間不一致，由于相變后會增加3-4%的馬氏體并且帶鋼會線性膨脹約1%，而由于殘余奧氏體本身塑性較差，無法跟隨已發生馬氏體轉變的部位一起膨脹，只能擠壓先發生馬氏體相變的部位，導致先發生馬氏體相變的部分被壓縮。當后發生相變的部位也達到馬氏體相變溫度時，則會跟隨膨脹最終達到同一的膨脹結果，這種現象會導致板形惡化。

2.2 板形惡化機理佐證

在同樣的工藝條件下，590DP、780DP 等雙相鋼出水淬段后板形極好，表面也無亮斑。這是因為在同樣的工藝條件下，雙相鋼是在兩相區入水的，其基體中有大量的鐵素體，而鐵素體的塑性極好，當馬氏體轉變線膨脹時，鐵素體部分是可以跟隨馬氏體轉變一起線膨脹的，所以不會惡化板形。而在生產1300MS、1500MS 等馬氏體鋼時，帶鋼在加熱段進入全奧氏體區，然后通過急速水冷得到馬氏體，而在發生馬氏體轉變前，由于冷速極大，帶鋼基體是殘余奧氏體為主的，而殘余奧氏體的塑性極差，當帶鋼有的部位發生馬氏體相變產生線膨脹時，殘余奧氏體是無法跟隨發生馬氏體相變的部位一起線膨脹的，這樣殘余奧氏體就會反過來擠壓馬氏體相變的部位，將馬氏體相變的部位擠壓起來，就成為了凸起的部分。

2.3 結合生產實際分析

生產1300MS、1500MS 等馬氏體鋼時，帶鋼在加熱段進入全奧氏體區，然后通過急速水冷得到馬氏體，而在發生馬氏體轉變前，由于冷速極大，帶鋼基體是殘余奧氏體為主的，而殘余奧氏體的塑性極差，當帶鋼有的部位發生馬氏體相變產生線膨脹時，殘余奧氏體是無法跟隨發生馬氏體相變的部位一起線膨脹的，這樣殘余奧氏體就會反過來擠壓馬氏體相變的部位，將馬氏體相變的部位擠壓起來，就成了凸起的部分。

3 水淬段工藝調整

根據上述機理分析，改善水淬段板形的關鍵，則是增強帶鋼過水淬段時的塑性，即改變入水溫度，此方法為通過增加帶鋼入水時的鐵素體相，從而增加帶鋼在水淬段的塑性，進而改善帶鋼板形，這種方法可以從本質上減少表面亮斑。但是，入水溫度過低，會造成性能不合，所以，摸索每個鋼種的具體入水溫度，是水淬板形控制技術的關鍵。

從組織相變角度出發，讓帶鋼在全奧氏體區臨界點、偏兩相區區域進入水淬段，由機理分析可知，如果基體中存在鐵素體相，便可使基體塑性變好。所以如果帶鋼入水時，存在鐵素體相，可大大改善板形。

但是，基體中存在鐵素體相，會影響帶鋼強度，根據1500MS的CCT 曲線，可知當帶鋼加熱到730℃以上，則全部進入奧氏體區，隨后保溫一定時間，然后將帶鋼從全奧氏體區急速冷卻得到馬氏體組織。

圖2 工藝參數調整后帶鋼表面

由圖3 可知，老成分的馬氏體鋼全奧氏體區臨界點是730℃，考慮到大工藝生產的溫度滯后性，所以本次調試時，將均熱溫度定為800℃，緩冷出口溫度定為740℃。

實際生產時，在其他工藝條件不變的情況下，僅調整入水溫度，帶鋼出水淬板形明顯變好，表面亮斑明顯減輕，見圖2。

當入水溫度再減少時，性能不合卷明顯增多，而在740℃入水時，帶鋼性能合格且較穩定，所以1500MS 水淬的入水溫度定為740℃。

4 結論

（1）1500MPa 馬氏體帶鋼水淬表面亮斑是由于水淬段板形差引起的。

（2）板形差的根本原因是帶鋼在水淬段冷卻速率不均勻，導致帶鋼各個部位發生相變的時間不一致，而由于基體本身塑性較差，無法跟隨已發生馬氏體轉變的部位一起膨脹，這種現象會導致板形惡化。

（3）水淬板形控制的關鍵是水淬段溫度，在滿足強度要求的情況下，盡量降低入水溫度提升基體塑性，1500MS 的入水最佳溫度為740℃。