980MPa级复相钢热处理工艺优化及组织性能研究

2021-06-28杨玉厚齐秀美韩世绪李永亮

中国金属通报 2021年7期

杨玉厚，邝霜，齐秀美，刘芳，韩世绪，李永亮

（1.唐山钢铁集团有限责任公司技术中心，河北唐山 063016；2.天津医科大学总医院，天津 300052）

冷轧复相钢的显微组织主要包含贝氏体、铁素体及马氏体[1]。与铁素体/马氏体双相钢相比，复相钢由于添加了相对较多的Nb、Ti等微合金元素，显微组织细化程度相对较高，复相钢的屈强比也比双相钢更高。由于显微组织的细化，且在多相组织并存的状态下，复杂的相界面大大降低了界面应力集中的程度，使得复相钢在变形过程中各相之间具有更优异的相界协调能力，微裂纹扩展的速度受到晶界和相界面的双重阻碍，因此复相钢对裂纹的敏感程度比传统的铁素体/马氏体双相钢更低，在宏观上表现为具有比双相钢更好的翻边和扩孔性能，因此在车身减重和高强化领域具有较大的应用潜力。

980MPa级别的复相钢属于复相钢中强度级别较高的，相同强度级别的双相钢的退火温度多在800°C左右[2-4]，而复相钢由于添加了大量的Nb、Ti、Cr、Mo等元素，在退火过程中，受加热及冷却条件的影响，复相钢的析出、相变行为更加复杂[1]，因此该钢种的研发及稳定生产难度较大。本文利用热模拟试验机根据实际的连续镀锌工艺路径研究了主要热处理参数对980MPa级复相钢显微组织构成和力学性能的影响，以期为复相钢的工业生产工艺参数选择提供指导。

1 实验材料与实验方法

试验钢材料为取自工业上生产的冷轧至1.2mm厚的冷硬钢板，其化学成分如下表所示。

表1 试验钢化学成分

根据带钢在连续镀锌退火炉内的加热状态设计的热模拟工艺路径如图1所示，分别将带钢在740°C～840°C范围加热模拟均热段温度，并在640°C～720°C的范围内进行缓冷段模拟，研究加热温度、缓冷温度对显微组织和力学性能的影响。将试样线切割后进行机械研磨和抛光，用4%硝酸酒精溶液侵蚀后，用光学显微镜观察试验钢的显微组织。

图1 试验钢连续镀锌工艺路线

2 结果与讨论

2.1 加热温度的影响

加热温度对试验钢显微组织及力学性能影响如图2所示。加热温度越高，贝氏体及马氏体逐渐增加，铁素体含量减少。当加热温度为760°C时如图2(a)所示，试验钢中仍有大量条带状铁素体存在，说明较低温度下奥氏体化程度较低，冷轧的带状纤维组织不能完全消除；当提高加热温度至840°C，钢中铁素体显著减少，贝氏体及马氏体含量明显增加，带状纤维全部消失，组织更加细化和均匀化。在试验温度范围内，钢的奥氏体化率随加热温度的提高而增加，使得显微组织得到不断的细化和均匀化。

钢的力学性能变化如图2(c)所示，随温度的提高钢的屈服强度和屈强比逐渐提高，但抗拉强度维持不变。铁素体含量的减少，贝氏体及马氏体强化相的增加，是屈服强度、屈强比随温度提高而增加的主要原因。有研究发现，当加热温度提高以后，由于Nb、Ti碳化物的粗化不仅导致溶质元素脱溶降低固溶强化效果，同时粗化的第二相粒子会使沉淀强化效应逐渐降低[5]。因此，当沉淀强化、固溶强化效应减弱和相变强化加强达到相对平衡时，试验钢的抗拉强度不会发生显著变化。

图2 不同加热温度下钢的显微组织及力学性能

图3 不同缓冷温度下试验钢的显微组织及力学性能

图4 试验钢升温及降温过程中膨胀曲线

2.2 缓冷温度的影响

图4 为不同缓冷温度下钢的显微组织及力学性能，可以发现，缓冷温度提高后贝氏体及马氏体组织增多，铁素体含量下降，力学性能随着缓冷温度的提高而缓慢降低。这主要是因为缓冷温度越高，在相同的加热温度下，缓冷温度区间的冷却速率降低，使得铁素体析出更多，因此铁素体含量逐渐提高，强度逐渐降低。

2.3 相变行为

利用Gleeble自带的L-gauge对试验钢加热和冷却过程中的相变-位移曲线进行了测绘，结果如图4所示。图4(a)为升温至900°C过程中的膨胀曲线，可以看出该试验钢奥氏体转变的起始温度(Ac1)为730°C，完全奥氏体化温度(Ac3)为860°C。图4(b)和4(c)为不同加热温度下试验钢升温及降温过程中相变-位移曲线，当加热温度为800°C时，降温过程中试验钢在约454°C～460°C恒温下进行贝氏体相变，在约244°C～180°C温度区间内进行马氏体相变；当温度提高至840°C时，贝氏体相变温度基本不变，但是试验钢线膨胀高度增大，说明贝氏体相变量增加，马氏体相变温度降低，线膨胀高度减小，说明马氏体相变量减少。这是因为随着加热温度的提高，钢的奥氏体化率越高，奥氏体中的C浓度却逐渐下降，C浓度的下降导致过冷奥氏体稳定性降低，这有利于贝氏体的相变，最终贝氏体含量提高，马氏体含量下降，但由于贝氏体及马氏体硬相组织整体含量是增加的，因此钢的强度逐渐升高，屈强比也逐渐提高[6，7]。