冷却速率对700MPa高强韧热轧钢板金相组织的影响

高志国

（1.武夷学院 机电工程学院，福建 武夷山 354300；2.包钢（集团）有限责任公司，内蒙古 包头 014010）

众所周知，采用高强度钢是汽车工业持续健康发展的最有效途径之一.高强度和高韧塑性的最佳耦合、钢材成分设计的经济合理性、成品的可焊性及冷成型统一性等问题，一直是高强度汽车板开发与应用研究的难点，700 MPa级高强韧热轧钢板是当前和今后相当长一段时期内汽车载重骨架部件用重要品种.在生产制造过程中，欲在2250 mm热轧生产线实现700 MPa级高强韧热轧钢板轧制，必须在保证板形、轧制节奏等条件下获得预期的铁素体或贝氏体组织，加密型层流冷却技术是获得最佳微观组织和性能的决定因素.张郁玲等通过Gleeble1500热模拟试验机研究了冷却方式对高强钢的组织的影响，得出冷却速率在5～25℃/s范围内可获得铁素体组织，冷却速率微10℃/s可获得细小的铁素体、贝氏体双相组织.确定了碳含量较低的700 MPa级高强韧热轧钢板成分体系是铌钛微合金化低合金钢［1］.夏政海等研究了700 MPa级超低碳高强度贝氏体厚钢板的晶粒细化机制，得知强韧性匹配主要依赖粒状贝氏体和少量多边形铁素体组织［2］.赵显鹏等研究了700 MPa级低碳微合金高强钢的相变规律，得出结论是大于10℃/s的冷速是700 MPa级高强钢避开粒状贝氏体组织的冷速，超过20℃/s的冷速开始得到马氏体组织.因此10～20℃/s之间冷速为700 MPa级高强钢最佳冷却速度范围［3］.可见，不同成分体系的700 MPa级高强钢CCT曲线测定结果各不相同.文献［4-5］也有类似的热轧带钢中过冷奥氏体连续冷却转变行研究报道.

本文结合了700 MPa级高强韧热轧钢板生产制造成本和汽车板成形工艺特点，运用了Formastor膨胀仪测定其形变奥氏体相变点温度和连续冷却转变（CCT）曲线，观察分析不同冷却速率对应700 MPa级高强韧热轧钢板的金相组织演变规律.优化出最佳冷却工艺，为工业生产提供理论指导.

1 实验方法

1.1 700 MPa级高强韧热轧钢实验室冶炼及轧制

实验室熔炼用原料包括超低硫重轨、纯铁及铁合金元素等.使用25kg真空炉冶炼700 MPa级高强韧热轧钢.将铸坯去掉冒口，取铸坯样进行化学成分分析，详细要求及冶炼结果详见表1.制定加热炉制度：铸坯出炉温度，保温时间，氧化铁皮去除.制定轧制参数，包括开轧温度、待温厚度、终轧温度、终轧厚度及道次压下率，采用Ø750x550 mm热轧实验机组进行热轧.

表1 700MPa级高强韧热轧钢板化学成分（重量百分比，%）

一般情况下，亚共析钢的终轧温度应当高于Ac3线50～100℃.Ac3点计算结果为820℃，相对较高.因此，在700 MPa级高强韧热轧钢板实际生产中，从压下率和变形温度综合考虑，加热温度1250℃，保温2小时，终轧温度870℃左右，道次压下量15～40%之间为合理的热轧工艺窗口.

1.2 CCT曲线测定、金相组织观察

从700MPa级高强韧热轧钢板上切取Ф3mm×10mm的试样，利用Formastor膨胀仪Ac1和Ac3相变点，记录不同冷速下相变开始和结束点，绘制CCT曲线.采用不同冷却速率将试样从奥氏体化温度冷却至室温，对比不同冷速下试样的金相组织形态和CCT曲线的位置变化规律.具体冷却速度（从左到右）为145、110、80、55、20、10、8、5、2、1、0.7、0.5℃/s，选取其中9条为对应试样金相组织研究对象.利用Axio observer A1M菜司光学显微镜完成不同冷却速率条件下的对应试样金相组织观察.

2 结果与分析

2.1 700MPa级高强韧热轧钢板金相组织检验

图1 700MPa级高强韧热轧钢板金相组织照片

700MPa级高强韧热轧钢板试样金相组织如图1所示.晶粒度均为13级，非金属夹杂物检验结果显示均为0.5级.因700MPa级高强韧热轧钢板中铌钛元素和冷却速率的双重作用，组织中出现了大量的贝氏体和铁素体.为了热轧态晶粒变细，设置总变形量达90%左右，将实验轧机前一、二道次压下量增加到30-45%.

2.2 CCT曲线分析

图2 700MPa级高强韧热轧钢板静态CCT曲线

图3 不同冷却速率对700MPa级高强韧热轧钢板金相组织的影响：（1）1℃/s，（2）2℃/s，（3）5℃/s，（4）8℃/s，（5）10℃/s，（6）20℃/s，（7）80℃/s，（8）110℃/s，（9）145℃/s

表2 不同冷速对应700MPa级高强韧热轧钢板室温组织统计

图2是奥氏体化温度900℃，保温10min后的连续冷却转变曲线（CCT曲线），从右至左冷却速度依次为：145、110、80、55、20、10、8、5、2、1、0.7、0.5 ℃/s.由图2可以看出，700MPa级高强韧热轧钢板在连续冷却过程中，发生了铁素体的析出（A→F）、珠光体转变（A→P）、贝氏体转变（A→B）和马氏体转变（A→M）.700MPa级高强韧热轧钢板的连续冷却转变过程中，在较低的冷速时组织以珠光体+铁素体为主，冷却速度大于5℃/s时珠光体组织消失，在冷却速度20℃/s时，开始出现贝氏体组织，室温组织为铁素体+贝氏体混合组织.随着冷却速度的加快.冷速大于20℃/s小于80℃/s冷速范围内，得到贝氏体+析出物组织.冷却速度达到145℃/s时，室温组织为马氏体+析出物.CCT曲线证实了该钢种不易得到完全马氏体组织.为了进一步验证上述金相组织判断的准确性，选取CCT曲线图中的9条曲线对应试样进行了不同冷却速率条件下的微观组织观察，结果如图3所示.由图可知，金相显微镜观察得到了组织与图2中CCT曲线的测定相变区域判断完全吻合.由此，本文设定的各冷速下对应金相组织统计见表2.

3 结论

（1）运用Formastor膨胀仪测定铌钛微合金化700MPa级高强韧热轧钢板试样CCT曲线和临界冷却速率，研究不同冷却速率对金相组织的影响，通过金相显微镜成功验证了对微观组织判断的准确性.

（2）700 MPa级高强韧热轧钢板马氏体形成的临界冷却速率145℃/s，Ac1为617℃，Ac3为817℃，Ms为493℃.

（3）冷却速度大于5℃/s时珠光体组织消失，冷却速率为20℃/s对应金相组织出现贝氏体，冷却速率为145℃/s对应金相组织出现全马氏体.