Nb超低碳烘烤硬化鋼的組織和性能研究

孫方義 吳青松

(武鋼研究院 湖北 武漢:430080)

超低碳烘烤硬化鋼是在超低碳鋼的基礎(chǔ)上通過特殊的成分和工藝控制,鋼板基體中固溶少量的C、N等間隙原子,鋼板在沖壓過程中鋼基的位錯(cuò)密度增加,經(jīng)涂漆烘烤,C、N等間隙原子向位錯(cuò)附近擴(kuò)散,即通過應(yīng)變時(shí)效提高鋼的屈服強(qiáng)度,最終使涂漆烘烤后的零件具有較高的抗凹陷性。BH鋼板在交貨狀態(tài)下有較低的屈服強(qiáng)度和高的n值、r值,有利于鋼板成形,成形后經(jīng)過約170℃的烘烤時(shí)效處理使屈服強(qiáng)度得到一定程度的提高,這種特性剛好與車身生產(chǎn)工藝及使用性能要求一致,因而BH鋼作為轎車外覆蓋件得到廣泛應(yīng)用[1-3]。

烘烤硬化鋼的BH值反映的是鋼中的間隙固溶碳、氮原子所產(chǎn)生的熱時(shí)效現(xiàn)象,其具有的烘烤硬化特性實(shí)質(zhì)上同常溫時(shí)效性一樣都屬于應(yīng)變時(shí)效機(jī)理[4]。作為批量應(yīng)用的鋼板,鋼板的自然時(shí)效傾向同樣重要,發(fā)生自然時(shí)效后的鋼板在沖壓時(shí)表面將出現(xiàn)滑移線缺陷,而太高的BH值容易引起鋼板過早的自然時(shí)效,鑒于此,本文研究了Nb超低碳BH鋼組織和性能,并研究了不同BH值鋼板的自然時(shí)效傾向,以期對(duì)BH鋼的生產(chǎn)和產(chǎn)品應(yīng)用有所幫助。

1 試料條件及試驗(yàn)

試驗(yàn)材料為工業(yè)生產(chǎn)的冷軋板,板厚0.7mm的Nb超低碳烘烤硬化鋼WH180B,板坯經(jīng)熱軋后酸洗冷軋,冷軋總壓下率80%,820℃高溫連續(xù)退火,平整延伸率按1.4%控制。取熱軋和冷軋成品分別進(jìn)行金相組織和織構(gòu)分析,織構(gòu)測試試樣尺寸為20mm×30 mm,長邊平行于軋向,織構(gòu)測試在X射線衍射儀上采用反射法測得不完整極圖,再由計(jì)算機(jī)采集的極圖數(shù)據(jù)推算出ODF值,繪出ODF截面圖,計(jì)算γ取向線的織構(gòu)分布。

為了研究鋼板的時(shí)效傾向,選取了不同BH值的5卷鋼板在室溫條件下進(jìn)行自然時(shí)效試驗(yàn),分別測試了自然時(shí)效1～6個(gè)月后BH2值變化,BH2值的測試按照 GB/T 24174-2009的規(guī)定進(jìn)行,試料的化學(xué)成分如表1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 組織與織構(gòu)

熱軋態(tài)鋼板的屈服強(qiáng)度260～280MPa,組織為鐵素體,晶粒度為8～9級(jí),典型的熱軋金相組織如圖1(a)所示;WH180B硬化鋼熱軋板屈服強(qiáng)度在260～280MPa,有利于連續(xù)退火采用高的均熱溫度,進(jìn)而獲得較高的烘烤硬化值,實(shí)踐結(jié)果表明,在高溫退火條件下,冷軋退火后的再結(jié)晶鐵素體組織晶粒度8～9級(jí),典型的冷軋成品金相組織如圖1(b)所示,符合冷軋成品屈服強(qiáng)度180～240MPa的目標(biāo)設(shè)計(jì),鋼板的r90≥1.9、n90≥0.20,具有良好的成形性能,同時(shí)BH2值的集中區(qū)域在35～50MPa的范圍內(nèi),烘烤硬化性能優(yōu)良,處在理想的烘烤硬化鋼的應(yīng)用范圍[5]。

表1 試料的化學(xué)成分(wt%)

圖1 鋼的熱軋及冷軋成品金相組織

從實(shí)驗(yàn)的熱軋板、冷軋態(tài)、成品板的反極圖(見圖2)可以看出,熱軋板織構(gòu)很弱,熱軋?jiān)辖?jīng)過冷軋總壓下率達(dá)到80%的軋鋼后,鋼板具有較強(qiáng)的織構(gòu),存在旋轉(zhuǎn)立方{100}<110>和γ-纖維織構(gòu)(< 111>//ND),有利于再結(jié)晶退火后獲得良好的成形性能[6]。成品板主要為γ-纖維織構(gòu) ,從圖3成品0、45度恒PH2圖可見強(qiáng)點(diǎn)在其附近的(557)<43,,30>和(665)<35,35,86>上,保證了鋼板具有優(yōu)良的成形性能。

圖2 反極圖

圖3 成品0、45度恒PH2圖

2.2 室溫時(shí)效實(shí)驗(yàn)

在室溫條件下存放,烘烤硬化鋼的力學(xué)性能會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長和溫度的升高而惡化(注:本次試驗(yàn)是在3月～8月進(jìn)行,室溫25～35℃)。通過本輪實(shí)驗(yàn)可以看出,BH2值高的鋼板在制造完成后兩個(gè)月內(nèi)性能較不穩(wěn)定,且隨著BH2值的增大穩(wěn)定性變差,圖4中①～⑤分別代表BH2值由低到高的5卷鋼。

圖4 (a)(b)(c)試驗(yàn)鋼板室溫時(shí)效性能變化趨勢, (d)成品鋼板C含量與BH2值的關(guān)系

隨著室溫時(shí)效時(shí)間的延長,試驗(yàn)鋼板的屈服強(qiáng)度隨著鋼板BH2值的降低呈上升趨勢,鋼板的BH2值穩(wěn)定后,鋼板的屈服強(qiáng)度也隨之穩(wěn)定,這主要是鋼中固溶C析出的影響,當(dāng)析出的驅(qū)動(dòng)力不足時(shí),鋼板的各項(xiàng)指標(biāo)也基本趨于穩(wěn)定。鋼板的BH2值在2個(gè)月內(nèi)變化最大,尤其是BH2值在65MPa以上的鋼板,在生產(chǎn)完成后的1～2個(gè)月后,時(shí)效的影響已明顯的體現(xiàn)在鋼板的性能指標(biāo)上,BH2值下降幅度達(dá)到20MPa,如圖4的④、⑤號(hào)樣所示。BH2值在50MPa以下的鋼板抗時(shí)效能力強(qiáng),BH2值隨時(shí)效時(shí)間的變化曲線較為平滑,如①、②號(hào)試樣。對(duì)比各鋼板所對(duì)應(yīng)的化學(xué)成分,在其它化學(xué)元素一致的條件下,③、④、⑤號(hào)試樣的(C含量在 0.0029%～0.0031%)烘烤硬化值的下降幅度明顯大于①、②號(hào)試樣(C含量0.001%～0.0017%),說明C含量的低的鋼板性能穩(wěn)定性強(qiáng)于C含量相對(duì)高的鋼板。如圖4(b)中鋼卷①～④所示,時(shí)效對(duì)WH180B鋼的成形性能指標(biāo)r值的影響隨存放時(shí)間的增加有惡化的趨勢,但⑤號(hào)鋼卷的 r值在烘烤硬化值下降的同時(shí)而呈現(xiàn)上升趨勢,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因是在包含加熱、退火保溫、緩冷的連續(xù)退火第一階段鋼板得到了有利于成形的織構(gòu),而在包括快速冷卻、過時(shí)效處理的連續(xù)退火第二階段,快冷段冷卻速率過快保留了鋼中較多的固溶C,由于在時(shí)效過程中固溶C的析出導(dǎo)致鋼板烘烤硬化值和 r值的波動(dòng),對(duì)于WH180B鋼固溶C的析出還有待深入研究。

總體上講,鋼板在存放6個(gè)月的條件下仍具有優(yōu)良的成形性能指標(biāo),這對(duì)保證鋼板沖壓成形質(zhì)量起到非常有益的作用。BH2值在25MPa～35MPa的鋼卷在室溫條件下放置6個(gè)月,各項(xiàng)性能指標(biāo)幾乎不發(fā)生變化,利于用戶使用和保存,但BH2值指標(biāo)偏低;BH2值在35MPa～50MPa的鋼卷綜合性能最為優(yōu)良;BH2值在65MPa以上的鋼卷在生產(chǎn)完成1個(gè)月后,時(shí)效的影響逐步體現(xiàn)到鋼板力學(xué)性能上,鋼板的力學(xué)性能開始惡化,BH2值越高,鋼板力學(xué)性能惡化的程度越明顯,部分綜合性能不良的鋼板在生產(chǎn)完成2～3月之間使用可能會(huì)出現(xiàn)拉伸應(yīng)變痕。

3 結(jié)論

(1)熱軋板織構(gòu)很弱,熱軋?jiān)辖?jīng)過冷軋總壓下率達(dá)到80%的軋鋼后,具有較強(qiáng)的織構(gòu),存在旋轉(zhuǎn)立方{100}<110>和γ-纖維織構(gòu)(<111>//ND)。

(2)820℃高溫連續(xù)退火后試驗(yàn)鋼板的成品晶粒度在8～9級(jí),成品板主要為γ-纖維織構(gòu),保證了鋼板的成形性能。

(3)BH2值控制在35～50MPa的鋼板綜合性能最為理想,在熱軋及退火工藝穩(wěn)定的條件下,降低C含量更容易獲得良好的時(shí)效性能。

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