回火温度对高强钢板硬度的影响

蔡梦华，陈海彬，徐 进，李阳嘉

（东莞理工学院，广东东莞 523808）

0 引言

随着节能要求的突出和环保法规的日益严格，在保证安全性能的前提下进行整车轻量化，是目前汽车工业的发展方向。特别是车身骨架件的轻量化设计，是整车轻量化的关键[1]。研究表明，汽车燃油消耗与汽车的自身质量成正比，汽车质量每减轻1%，燃油消耗降低0.6%～1.0%，燃油消耗的下降，排放也会减少[2]。而使用高强钢和超高强钢替代传统钢材，也是汽车轻量化发展的重要方向之一[3]。DP钢 （Dual Phase Steel） 和 QP钢 （Quenching and Partitioning Steel）都可用于减轻车身自重，降低油耗，但由于QP钢还具有较强的能量吸附力，因而在汽车轻量化领域得到越来越多的应用，逐渐取代前者的地位[4]。由于DP钢和QP钢的广泛应用，前人已经对这2种钢材进行了较多的研究。任水利等[5]采用正交试验法对DP980冷轧双相钢进行了激光焊接工艺参数优化。万荣春等[6]利用U型弯曲试验研究了3种1180 MPa级超高强汽车薄板钢，即DP1180钢、MS1180钢和QP1180钢的延迟断裂性能。

回火是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺；或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用于减小或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。淬火后的工件应及时回火，通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。

本实验以QP980、MS1180、DP980及780TR 4种高强钢为研究对象，通过分析其关键成分，研究回火温度对它们硬度的影响，以期为高强钢热处理工艺的制定及工业应用提供参考数据。

1 实验原理

对于含碳量为0.77%的共析钢，其淬火后，在不同温度下进行回火时，其过冷奥氏体会形成不同类型的珠光体类组织：700～650℃会形成珠光体；650～600℃会形成索氏体；600～550℃会形成托氏体；550～350℃会形成上贝氏体；350～200℃会形成下贝氏体；小于200℃时为马氏体。这种珠光体类组织和贝氏体类组织的力学性能各不相同，最主要因素是片层间距的大小。

QP980、MS1180、DP980及780TR 4种高强钢的碳含量小于0.77%，这4种钢为亚共析钢。在不同温度下进行回火时，和共析钢一样，产生不同的珠光体类和贝氏体类组织，所以不同的回火温度会导致高强度钢板的硬度不同。

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

实验用2 mm厚的QP980、MS1180、DP980及780TR高强钢片材，经裁成尺寸为15 mm×40 mm×2 mm的试样。它们的化学成分[1，5-7]组成如表1所示。

表1 试验钢的化学成分wt%

2.2 试验方法

采用对比实验研究热处理工艺对实验钢硬度的影响。实验设计如表2所示。

表2 实验钢回火处理设计表

使用800目的砂纸做细磨后，用7000目的砂纸进行抛光，减小测试的误差。用HD-1000TM显微硬度计分别测量4组试样的初始硬度，该过程在室温条件下进行。实验选择在试样中心线上进行硬度测量，每个试样测5个点，相隔两压痕间距设定为100 m，取其平均值作为试样的硬度。压头载荷为2.942 N，保载时间为5 s，自动加载和卸载实验力。利用两平行线测出压痕对角线长度，进而计算出测试点的公式为：

式中：HV为维氏硬度值；F为压头载荷，取2.942 N；K为物镜倍率；D1、D2为对角线长度。

采用万用电炉分别将试样加热至相应的回火温度，恒温一定时间，经水冷冷却至室温。本次试验设定回火温度分别为300℃、400℃、500℃，保温时间设定为3 min。实验过程中每隔5 min用FLIR E60热像仪测量试样的温度。热像仪测量的温度范围为-20～650℃。

去除表面氧化层后，再次对试样进行研磨和抛光处理，重复测量初始硬度的步骤，记录下经过热处理后的试样硬度。

3 试验结果

试验结果如图1所示。

表3 试验钢的初始硬度HV

图1 不同回火温度下试验钢的硬度

4 实验分析

如图1所示，各试样的硬度随热处理温度升高而逐渐降低。QP980高强钢在300～500℃间呈均匀变化，斜率为-0.198 5。虽然780TR高强钢的硬度也随热处理温度的升高而降低，但300℃和400℃的数据存在异常，都偏高。可知2试样在实验过程中的热处理温度都未达到设定温度。DP980高强钢在300～400℃时硬度的变化较400～500℃时的硬度变化更加明显，300～500℃的斜率是-0.213 8。MS1180高强钢的硬度变化也比较均匀，300～500℃之间的斜率为-0.151 9。

分析实验数据可知初始硬度越高的实验钢，在同一温度区间内的硬度变化越大。但硬度最高的DP980实验钢在经过不同回火温度的处理后，在进行相同处理的试样中的硬度仍是最高的，其他实验钢硬度高低顺序也基本没有变化，只是回火处理后的硬度差有所减小。

由此可以判断780TR实验钢在300℃的数据应是200～250℃时的硬度，而400℃的数据则是300℃左右的硬度数据。

与其他试验钢相比，MS1180高强钢在同样温度回火后硬度下降最小，可知其抗回火性能力最强。并且根据黄春峰[8]整理的钢的力学性能及热处理工艺经验公式可以推出：加热温度在300～500℃之间时，试验钢的抗拉强度随温度的升高而减弱，疲劳极限也随之减弱。

5 结束语

在300～500℃间，试样的硬度随回火温度升高而逐渐降低，抗拉强度和疲劳极限也随温度的升高而逐渐降低。并且初始硬度越高，在同一温度区间内的硬度变化越大，但实验钢的硬度高低顺序并没有变化，只是在经过回火处理后各实验钢之间的硬度差有所减小。与其它实验钢相比，MS1180高强钢在同样温度回火后硬度下降最小，因此抗回火性能力最强。