980MPa級復相鋼熱處理工藝優(yōu)化及組織性能研究

楊玉厚，鄺 霜，齊秀美，劉 芳，韓世緒，李永亮

（1.唐山鋼鐵集團有限責任公司技術中心，河北 唐山 063016；2.天津醫(yī)科大學總醫(yī)院，天津 300052）

冷軋復相鋼的顯微組織主要包含貝氏體、鐵素體及馬氏體[1]。與鐵素體/馬氏體雙相鋼相比，復相鋼由于添加了相對較多的Nb、Ti等微合金元素，顯微組織細化程度相對較高，復相鋼的屈強比也比雙相鋼更高。由于顯微組織的細化，且在多相組織并存的狀態(tài)下，復雜的相界面大大降低了界面應力集中的程度，使得復相鋼在變形過程中各相之間具有更優(yōu)異的相界協(xié)調能力，微裂紋擴展的速度受到晶界和相界面的雙重阻礙，因此復相鋼對裂紋的敏感程度比傳統(tǒng)的鐵素體/馬氏體雙相鋼更低，在宏觀上表現(xiàn)為具有比雙相鋼更好的翻邊和擴孔性能，因此在車身減重和高強化領域具有較大的應用潛力。

980MPa級別的復相鋼屬于復相鋼中強度級別較高的，相同強度級別的雙相鋼的退火溫度多在800°C左右[2-4]，而復相鋼由于添加了大量的Nb、Ti、Cr、Mo等元素，在退火過程中，受加熱及冷卻條件的影響，復相鋼的析出、相變行為更加復雜[1]，因此該鋼種的研發(fā)及穩(wěn)定生產難度較大。本文利用熱模擬試驗機根據(jù)實際的連續(xù)鍍鋅工藝路徑研究了主要熱處理參數(shù)對980MPa級復相鋼顯微組織構成和力學性能的影響，以期為復相鋼的工業(yè)生產工藝參數(shù)選擇提供指導。

1 實驗材料與實驗方法

試驗鋼材料為取自工業(yè)上生產的冷軋至1.2mm厚的冷硬鋼板，其化學成分如下表所示。

表1 試驗鋼化學成分

根據(jù)帶鋼在連續(xù)鍍鋅退火爐內的加熱狀態(tài)設計的熱模擬工藝路徑如圖1所示，分別將帶鋼在740°C～840°C范圍加熱模擬均熱段溫度，并在640°C～720°C的范圍內進行緩冷段模擬，研究加熱溫度、緩冷溫度對顯微組織和力學性能的影響。將試樣線切割后進行機械研磨和拋光，用4%硝酸酒精溶液侵蝕后，用光學顯微鏡觀察試驗鋼的顯微組織。

圖1 試驗鋼連續(xù)鍍鋅工藝路線

2 結果與討論

2.1 加熱溫度的影響

加熱溫度對試驗鋼顯微組織及力學性能影響如圖2所示。加熱溫度越高，貝氏體及馬氏體逐漸增加，鐵素體含量減少。當加熱溫度為760°C時如圖2(a)所示，試驗鋼中仍有大量條帶狀鐵素體存在，說明較低溫度下奧氏體化程度較低，冷軋的帶狀纖維組織不能完全消除；當提高加熱溫度至840°C，鋼中鐵素體顯著減少，貝氏體及馬氏體含量明顯增加，帶狀纖維全部消失，組織更加細化和均勻化。在試驗溫度范圍內，鋼的奧氏體化率隨加熱溫度的提高而增加，使得顯微組織得到不斷的細化和均勻化。

鋼的力學性能變化如圖2(c)所示，隨溫度的提高鋼的屈服強度和屈強比逐漸提高，但抗拉強度維持不變。鐵素體含量的減少，貝氏體及馬氏體強化相的增加，是屈服強度、屈強比隨溫度提高而增加的主要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，當加熱溫度提高以后，由于Nb、Ti碳化物的粗化不僅導致溶質元素脫溶降低固溶強化效果，同時粗化的第二相粒子會使沉淀強化效應逐漸降低[5]。因此，當沉淀強化、固溶強化效應減弱和相變強化加強達到相對平衡時，試驗鋼的抗拉強度不會發(fā)生顯著變化。

圖2 不同加熱溫度下鋼的顯微組織及力學性能

圖3 不同緩冷溫度下試驗鋼的顯微組織及力學性能

圖4 試驗鋼升溫及降溫過程中膨脹曲線

2.2 緩冷溫度的影響

圖4 為不同緩冷溫度下鋼的顯微組織及力學性能，可以發(fā)現(xiàn)，緩冷溫度提高后貝氏體及馬氏體組織增多，鐵素體含量下降，力學性能隨著緩冷溫度的提高而緩慢降低。這主要是因為緩冷溫度越高，在相同的加熱溫度下，緩冷溫度區(qū)間的冷卻速率降低，使得鐵素體析出更多，因此鐵素體含量逐漸提高，強度逐漸降低。

2.3 相變行為

利用Gleeble自帶的L-gauge對試驗鋼加熱和冷卻過程中的相變-位移曲線進行了測繪，結果如圖4所示。圖4(a)為升溫至900°C過程中的膨脹曲線，可以看出該試驗鋼奧氏體轉變的起始溫度(Ac1)為730°C，完全奧氏體化溫度(Ac3)為860°C。圖4(b)和4(c)為不同加熱溫度下試驗鋼升溫及降溫過程中相變-位移曲線，當加熱溫度為800°C時，降溫過程中試驗鋼在約454°C～460°C恒溫下進行貝氏體相變，在約244°C～180°C溫度區(qū)間內進行馬氏體相變；當溫度提高至840°C時，貝氏體相變溫度基本不變，但是試驗鋼線膨脹高度增大，說明貝氏體相變量增加，馬氏體相變溫度降低，線膨脹高度減小，說明馬氏體相變量減少。這是因為隨著加熱溫度的提高，鋼的奧氏體化率越高，奧氏體中的C濃度卻逐漸下降，C濃度的下降導致過冷奧氏體穩(wěn)定性降低，這有利于貝氏體的相變，最終貝氏體含量提高，馬氏體含量下降，但由于貝氏體及馬氏體硬相組織整體含量是增加的，因此鋼的強度逐漸升高，屈強比也逐漸提高[6，7]。

3 結論

本文全面研究了980MPa級復相鋼連續(xù)鍍鋅過程中主要熱處理參數(shù)對其顯微組織及力學性能的影響規(guī)律，并對組織相變過程進行了詳細討論，得出如下主要結論：

（1）試驗鋼貝氏體及馬氏體組織隨加熱溫度的提高而增加，鐵素體含量逐漸減少，組織逐漸細化和均勻化；鋼的屈服強度和屈強比逐漸提高，抗拉強度維持不變。

（2）試驗鋼貝氏體及馬氏體組織隨緩冷溫度的提高逐漸減少，鐵素體含量逐漸增加，組織均勻性提高，力學性能下降。

（3）試驗鋼的Ac1溫度約為730°C，Ac3溫度約為860°C，降溫過程中在約465°C～460°C進行貝氏體相變，在約244°C～165°C溫度區(qū)間內進行馬氏體相變，且隨著加熱溫度的升高，貝氏體相變量逐漸增大，馬氏體量逐漸減小。