卷取溫度對980 MPa級雙相鋼熱軋板性能組織的影響①

姜英花，皺 英

（1.首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院，北京 100043；2.綠色可循環(huán)鋼鐵流程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100043）

輕量化已經(jīng)成為汽車用鋼板發(fā)展的必然趨勢，從而大大增加了汽車企業(yè)對先進(jìn)高強(qiáng)鋼的需求［1－3］。先進(jìn)高強(qiáng)鋼力學(xué)性能波動分為卷內(nèi)的力學(xué)性能波動、卷與卷之間的力學(xué)性能波動［4］。卷內(nèi)性能波動又可分為沿帶鋼長度方向和寬度方向的性能波動。影響先進(jìn)高強(qiáng)鋼性能波動的原因很多，如合金成分控制、熱處理控制等。上游熱軋工藝作為冷軋退火前一個必不可少的工藝，會影響后續(xù)工藝和性能，而熱軋組織性能的波動必然也會影響冷軋退火后產(chǎn)品的組織和性能［5－6］。目前，針對先進(jìn)高強(qiáng)鋼熱軋工藝和對應(yīng)的熱軋組織性能的研究較少，本文重點(diǎn)研究卷取溫度對熱軋板性能組織影響和卷內(nèi)寬度方向組織性能均勻性。

1 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用雙相鋼熱軋板化學(xué)成分如表1所示。從生產(chǎn)線上取雙相鋼鑄坯原料在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了熱軋模擬實(shí)驗(yàn)。鑄坯原料進(jìn)行1 250℃×2 h均勻化熱處理，再熱軋成厚3 mm的板材，其中終軋溫度取為870℃，卷取溫度分別取550℃、600℃、650℃，進(jìn)行熱軋模擬實(shí)驗(yàn)，研究卷取溫度對熱軋板性能組織的影響。

表1 試驗(yàn)鋼種的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

取部分鑄坯制作成Φ5 mm×10 mm大小的圓柱試樣，并設(shè)置2種冷卻速度分別模擬卷內(nèi)寬度方向的中部和邊部，進(jìn)行熱模擬（Gleeble）實(shí)驗(yàn)，研究不同卷取溫度下卷內(nèi)寬度方向的微觀組織均勻性。在試驗(yàn)中，首先將試樣在1 270℃下加熱5 min，以1 s－1的應(yīng)變率在1 100℃下進(jìn)行30%壓下變形；然后在950℃再進(jìn)行40%壓下變形，模擬熱軋過程；再將試樣以30℃／s的速度冷卻至卷取模擬溫度（550℃和650℃）；最后，以0.1℃／s或0.3℃／s的緩慢速率冷卻至200℃，模擬卷內(nèi)寬度方向的中部和邊部。根據(jù)Gleeble實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在生產(chǎn)線上取不同卷取溫度下生產(chǎn)的雙相鋼熱軋板進(jìn)行了卷內(nèi)寬度方向性能組織均勻性復(fù)驗(yàn)研究。具體取樣方法如圖1所示。

圖1 取樣方法

根據(jù)GB／T 228—2002，對熱軋模擬后的鋼板和生產(chǎn)線取樣沿軋制方向采用線切割方法加工的拉伸試樣，在MTS萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測試。采用掃描共聚焦光學(xué)顯微鏡及EBSD進(jìn)行組織分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 卷取溫度對熱軋板性能組織的影響

圖2為不同卷取溫度下熱軋板的力學(xué)性能。由圖2可以看出，隨著卷取溫度升高，熱軋板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度不同程度下降，而延伸率先下降再升高。

圖2 不同卷取溫度下熱軋板的力學(xué)性能

圖3為不同卷取溫度下熱軋板的微觀組織。由圖3可以看出，高溫卷取時組織為黑色珠光體和白色鐵素體，低溫卷取時出現(xiàn)灰色貝氏體組織。隨著卷取溫度升高，晶粒大小從2.15μm增大到2.76μm，微觀硬度從300HV降至270HV。卷取溫度越高，鐵素體晶粒在此階段的形核率越小、長大速度較快，因而會使晶粒粗大，強(qiáng)度降低。

圖3 不同卷取溫度下熱軋板的微觀組織

2.2 不同卷取溫度下卷內(nèi)寬度方向熱軋板性能組織均勻性

選取550℃和650℃卷取進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，研究寬度方向上微觀組織均勻性。表2為不同卷取溫度下熱軋板邊部和中心部的硬度和晶粒大小。由表2可以看出，650℃卷取時，邊部硬度明顯大于中心部，而邊部晶粒大小明顯小于中心部。

表2 不同卷取溫度下熱軋板不同位置的硬度和晶粒大小

圖4為不同卷取溫度下熱軋板邊部和中心部織構(gòu)圖。由圖4可見，550℃卷取時，邊部和中心部晶粒均為纖維狀，顯微組織差異不明顯；650℃卷取時，中心部晶粒為等軸狀，邊部為纖維狀，顯微組織差異較大。

圖4 不同卷取溫度下熱軋板不同位置織構(gòu)圖

KAM表征位錯密度和再結(jié)晶儲能，KAM值越小，表示位錯密度和再結(jié)晶儲能越小。表3為不同卷取溫度下熱軋板邊部和中心部的KAM值。由表3可以看出，650℃卷取時，邊部和中心部KAM值差異大；與邊部相比中心部溫差小，在中心部儲存在位錯和晶界處的能量越少，位錯密度越低，再結(jié)晶越完全，導(dǎo)致中心部晶粒尺寸大于邊部，硬度小于邊部。550℃卷取時，邊部和中心部KAM值差異不明顯。

表3 不同卷取溫度下不同位置熱軋板KAM值

從以上結(jié)果看出，高溫卷取時寬度方向上邊部和中心部組織差異較大；低溫卷取時邊部和中心部差異較小，相對比較均勻。這是因?yàn)榫砣囟容^低，誘發(fā)貝氏體相變，動態(tài)再結(jié)晶過程被阻礙，減小了再結(jié)晶對邊部與中部的位錯密度和再結(jié)晶儲能的影響，導(dǎo)致熱軋板邊部和中部微觀組織差異小。

在生產(chǎn)線上選取卷取溫度分別為650℃和550℃的熱軋板進(jìn)行了寬度方向力學(xué)性能均勻性研究。圖5為不同卷取溫度下熱軋板寬度方向上的力學(xué)性能。由圖5可以看出，550℃卷取時，寬度方向力學(xué)性能比較均勻，而650℃卷取時相對均勻性較差，邊部和中心部性能差異較大。這與上述熱模擬結(jié)果一致，即低溫卷取時熱軋板寬度方向上微觀組織和力學(xué)性能均勻性較好。由于低溫卷取時邊部和中心部溫差較小，導(dǎo)致寬度方向邊部和中心部組織性能均勻性較好。

圖5 不同卷取溫度下熱軋板寬度方向的力學(xué)性能

3 結(jié) 論

1）高溫卷取時，雙相鋼熱軋板組織為鐵素體和珠光體，低溫卷取時組織為鐵素體、珠光體和貝氏體。隨著卷取溫度升高，熱軋板的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降，而延伸率先下降后升高。

2）高溫卷取時，雙相鋼熱軋板的邊部和中部微觀組織和力學(xué)性能差異較大，低溫卷取時邊部和中部微觀組織和力學(xué)性能相對均勻。降低卷取溫度，誘發(fā)貝氏體相變，阻礙動態(tài)再結(jié)晶過程，從而有效減小再結(jié)晶對熱軋板邊部與熱軋板中部力學(xué)性能的影響。