500MPa級熱鍍鋅雙相鋼力學性能控制研究

葛 浩，何丹丹，馬二清，崔 磊

(馬鋼股份公司技術中心 安徽馬鞍山 243000)

雙相鋼是由軟相鐵素體基體和硬相馬氏體組成，具有低屈強比，高初始加工硬化速率，良好的強度和延性配合等特點，已經(jīng)發(fā)展成一種汽車用高強度新型沖壓用鋼。由于其具有一系列優(yōu)異性能, 因而大量應用于邊梁、側面構件、橫梁、支柱、底盤加強件、油箱支架等汽車車體結構件和加強件等。 現(xiàn)重點研究了熱鍍鋅500 MPa級雙相鋼的性能控制方法。

1 試驗材料與方法

運用自主開發(fā)的雙相鋼成分與退火曲線的模型計算在不同C含量條件下奧氏體化比例與退火溫度的變化關系，確定合適的C含量及退火溫度。之后采用Jmat軟件模擬不同冷速條件下帶鋼的CCT曲線，確定合適的冷卻工藝。連續(xù)退火試驗所用材料為從國內(nèi)某鋼廠酸軋線生產(chǎn)的樣板，剪切成150 mm*450 mm規(guī)格樣板。應用Multipas連退模擬試驗機研究在給定成分、不同退火溫度條件下產(chǎn)品的組織與性能的變化規(guī)律。應用XL30掃描電鏡觀察組織形貌；應用Zwick電子材料試驗機對產(chǎn)品力學性能進行分析。

2 試驗結果

2.1 不同C含量條件下奧氏體化比例與退火溫度的變化關系

圖1為自主開發(fā)模型計算的奧氏體化比例與退火溫度的變化關系。根據(jù)類似產(chǎn)品的奧氏體化比例推算鍍鋅DP500大約需要30%的奧氏體轉化比例，因此需要C含量在0.08%，退火溫度在790 ℃左右較為合適。

圖1 不同C含量條件下奧氏體化比例

2.2 500MPa級熱鍍鋅雙相鋼成分設計

因熱鍍鋅雙相鋼產(chǎn)線從開始冷卻到生成鐵素體-馬氏體雙相組織的冷卻速率低于CAL線。冷速不夠，就有可能進入貝氏體或珠光體轉變區(qū)，得不到雙相組織。解決辦法是在鋼中加入一定量的合金元素，使鋼的CCT曲線右移，推遲貝氏體和珠光體轉變，通過合理的工藝來獲得力學性能和鍍層質量均優(yōu)良的產(chǎn)品。本文介紹的500 MPa級熱鍍鋅雙相鋼成分設計采用C-Si-Mn-Cr系，通過在鋼中加入一定量的Mn、Cr穩(wěn)定奧氏體，提高淬透性。通過加入一定量的Si促進在緩冷過程中C向奧氏體富集，凈化鐵素體，降低屈強比，改善力學性能。模擬計算合適的成分設計如表1所示。

表1 500MPa級熱鍍鋅雙相鋼成分設計

2.3 CCT曲線模擬計算

圖2為假定生產(chǎn)線速度為80 m/min，設定C含量在0.08%，計算不同冷速條件的CCT曲線。模擬計算可知，在冷速10 ℃/s條件下，貝氏體轉變溫度在540 ℃左右。即設定快冷終止溫度低于540 ℃可避免鋼中出現(xiàn)貝氏體組織。因500 MPa級熱鍍鋅雙相鋼C含量較低，在冷卻過程中為獲得更為穩(wěn)定的奧氏體組織，需要較低的緩冷終止溫度，促進C以及合金元素向奧氏體富集，生成更多的取向附生鐵素體，穩(wěn)定奧氏體，達到提高抗拉強度同時降低屈服強度的目的。這對于降低產(chǎn)品屈強比、改善產(chǎn)品綜合力學性能是極為有利的。

圖2 不同冷速條件下的CCT曲線模擬計算圖

2.4 連續(xù)退火模擬試驗

試驗所用材料酸軋卷厚度為1.6 mm，模擬帶鋼運行速度為85 m/min，模擬退火溫度為770 ℃-820 ℃，每10 ℃為一個試驗溫度增量。退火溫度曲線如圖3所示。

表2 連退模擬試驗力學性能

圖3 500 MPa熱鍍鋅雙相鋼連續(xù)退火模擬曲線

表2為各退火溫度下力學性能檢測結果，圖4為屈服強度、抗拉強度隨退火溫度的變化關系。可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：1)屈服強度在770 ℃時最低，之后隨退火溫度升高屈服強度升高，在790 ℃-800 ℃范圍內(nèi)下降，810 ℃以上隨溫度升高繼續(xù)升高。2)抗拉強度在770 ℃-800 ℃范圍內(nèi)變化不大，810 ℃以上抗拉強度隨溫度升高有所下降。因此，通過連退模擬試驗可得出，退火溫度在790 ℃-800 ℃左右可確保力學性能最為穩(wěn)定。

圖4 屈服強度、抗拉強度隨退火溫度變化規(guī)律

2.5 高倍組織分析

圖5為不同退火溫度條件下500 MPa級熱鍍鋅雙相鋼運用掃描電鏡觀察到的高倍組織照片。可以看到，在較低的退火溫度下，組織中硬質相比例較低，并且組織中貝氏體含量與較高退火溫度相比較多，組織均勻性較差。隨退火溫度升高，鐵素體晶粒尺寸稍有增大，大部分馬氏體較為均勻地分布在鐵素體晶界處，極少量分布在鐵素體晶粒內(nèi)部。退火溫度在810 ℃以上時，因形成奧氏體量增多，但其含碳量降低，后續(xù)冷卻變得不穩(wěn)定，容易分解造成力學性能不穩(wěn)定。因此，退火溫度應在790 ℃-800 ℃左右較為合適。

圖5 組織分析(圖a-e為820 ℃-770 ℃退火條件下高倍組織照片)

3 結論

采用C-Si-Mn-Cr系成分設計的500MPa熱鍍鋅雙相鋼在C含量為0.08%，退火溫度在790 ℃-800 ℃范圍內(nèi)，快冷終止溫度<540 ℃可生產(chǎn)出具有鐵素體+馬氏體雙相組織，力學性能優(yōu)良的產(chǎn)品。