偏析對(duì)27MnCrB5性能的影響

張春花， 宮巨龍， 楊忠梅

（河鋼集團(tuán)唐山不銹鋼有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063105）

隨著國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)向著輕量化的方向發(fā)展，汽車上應(yīng)用高強(qiáng)鋼，可以在保證安全性的前提下有效地減輕車身質(zhì)量，降低車輛百公里燃油消耗，對(duì)節(jié)能環(huán)保事業(yè)具有很強(qiáng)地推動(dòng)作用。27MnCrB5汽車空心穩(wěn)定桿鋼由于其強(qiáng)度高延伸性好，熱軋態(tài)的抗拉強(qiáng)度一般在700 MPa以下，淬火后強(qiáng)度可提升至1500 MPa以上,可以用厚度10~12 mm的鋼替代超厚規(guī)格20 mm的鋼，從而達(dá)到減輕車身整體質(zhì)量的效果，已被各大鋼鐵企業(yè)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)，以占領(lǐng)汽車鋼市場(chǎng)。唐山不銹鋼公司（全文簡(jiǎn)稱唐鋼）在1580熱軋產(chǎn)線生產(chǎn)27MnCrB5過(guò)程中，組織出現(xiàn)反偏析，偏析存在于上下表面三分之一區(qū)域內(nèi)，中間為無(wú)偏析的帶狀組織，俗稱反偏析、逆偏析或三明治偏析。雖然性能滿足協(xié)議要求，但為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品性能的影響，對(duì)鋼卷進(jìn)行拉伸試驗(yàn)均勻性、不同溫度沖擊試驗(yàn)均勻性分析，以便改進(jìn)工藝。

1 檢測(cè)數(shù)據(jù)

1.1 成分和性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

材料合金成分：w（C）=0.28%，w（Si）=0.25%，w（Mn）=1.25%，w（S）=0.004%，w（P）=0.018%，w（Alt）=0.003%，w（Cr）=0.39%，w（Ti）=0.035%，w（B）=0.003% ，w（N）=0.0036%；性能為 Rm=631 MPa，ReL=417 MPa，A=24.5%，滿足設(shè)計(jì)要求范圍。材料采用復(fù)合微合金強(qiáng)化，發(fā)揮Cr、B的細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，添加適量的硼，使27MnCrB5鋼的淬透性顯著提高[1]。

1.2 鑄坯低倍分析

嚴(yán)重的中心偏析會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在使用過(guò)程中出現(xiàn)沖壓分層、沖壓開(kāi)裂、折彎開(kāi)裂、沖擊功不合等質(zhì)量問(wèn)題[2]。對(duì)軋制前的鑄坯低倍組織進(jìn)行調(diào)取查看分析，如圖1為中心偏析C類0.5級(jí)，屬于偏析較輕微。

圖1 鑄坯低倍圖片

1.3 顯微組織

金相樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行顯微組織觀察和采集，得到的組織如圖1所示。鋼中非金屬夾雜物的不合理分布，嚴(yán)重惡化鋼的性能，且會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成材率降低[3]。試樣中夾雜物為D類細(xì)系0.5級(jí)，未達(dá)到影響性能的程度。材料由珠光體和鐵素體構(gòu)成，珠光體中片層明顯。上下距表面1/3區(qū)域?yàn)橹楣怏w偏析層,中間為帶狀層帶狀組織2級(jí)晶粒度11級(jí)，圖1所示。珠光體偏析帶的存在會(huì)明顯降低鋼材的塑性和冷成型性能，以及阻止裂紋擴(kuò)展能力，并可能使得韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而使鋼的低溫沖擊韌性變差[4]。

2 試驗(yàn)分析

為了研究偏析對(duì)鋼板性能的影響，進(jìn)行不同位置不同方向拉伸均勻性試驗(yàn)和系列冷卻溫度沖擊試驗(yàn)。

圖2 顯微組織

2.1 拉伸性能均勻性試驗(yàn)

從通寬樣板上制取不同位置拉伸試樣，進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?？梢?jiàn)性能均滿足設(shè)計(jì)要求且波動(dòng)小，均勻性良好，說(shuō)明拉伸性能不受偏析影響。

表1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.2 系列低溫沖擊試驗(yàn)

沖擊試驗(yàn)用縱向V型缺口，試樣尺寸為10mm×10 mm×55mm，沖擊功數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？梢?jiàn)隨著溫度的降低，沖擊功呈階梯狀下降，溫度每降低20℃，沖擊功下降20～30 J，脆性轉(zhuǎn)變?yōu)?20℃，生產(chǎn)的其他高強(qiáng)汽車用鋼基本為-40℃。通常來(lái)說(shuō)，隨著高強(qiáng)鋼強(qiáng)度的提高，韌性也會(huì)降低，同時(shí)由于熱軋高強(qiáng)鋼組織比較復(fù)雜，因此其沖擊功存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

表2 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

3 生產(chǎn)工藝調(diào)整的討論

高強(qiáng)度微合金鋼強(qiáng)度的提高主要由超細(xì)晶粒來(lái)提供。在控軋中使用微合金元素，使之在鋼種形成碳、氮及碳氮化合物，利用在不同條件下產(chǎn)生溶解和析出機(jī)理起抑制晶粒長(zhǎng)大及產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用。碳在高強(qiáng)度鋼中是最有效的強(qiáng)化元素，同時(shí)也是形成珠光體組織的元素，能明顯降低塑形使韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。錳能與Fe無(wú)限固溶，在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)塑性的影響相對(duì)較小，能細(xì)化鐵素體晶粒尺寸來(lái)提高沖擊性能。極微量的硼能夠顯著提高鋼的淬透性，使鋼的臨界冷卻速度大幅度降低。

降低碳含量，從而減少組織中的珠光體含量，由以往生產(chǎn) 26MnB5和 34MnB5的經(jīng)驗(yàn)，w（C）由0.28%調(diào)整為0.26%，w（Mn）由1.25%調(diào)整為1.28%，w（B）由0.003%調(diào)整為0.002%。生產(chǎn)時(shí)需對(duì)鋼卷實(shí)行熱區(qū)堆放緩冷，以提高強(qiáng)度和強(qiáng)度的均勻性[5]。進(jìn)行控軋控冷，終軋溫度由860℃調(diào)整為880℃，卷取溫度由700℃調(diào)整為720℃。控制軋后快速冷卻能產(chǎn)生強(qiáng)韌化效果，進(jìn)一步細(xì)化鐵素體晶粒，使珠光體分布均勻。軋后立即開(kāi)始層流冷卻，冷卻速度太高使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，最佳冷卻速度為7～15℃/s。

改進(jìn)工藝后，反偏析現(xiàn)象消失，帶狀組織2級(jí)，晶粒度保持12級(jí)，強(qiáng)度平均升高20 MPa，沖擊功得到提升，見(jiàn)表3。

表3 改后沖擊試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

1）27MnCrB5顯微組織中存在異常的反偏析，拉伸性能不受影響。

2）偏析影響低溫沖擊功，沖擊功較低的主要原因是在鋼板厚度距離上下表面1/3區(qū)域有比較嚴(yán)重的珠光體偏析帶。

3）優(yōu)化成分降低碳硼含量提高錳含量，以減少組織中的珠光體含量,偏析程度得到緩解。

4）進(jìn)行控軋控冷，調(diào)整終軋溫度和卷取溫度，提高冷卻速度，細(xì)化晶粒保證高強(qiáng)度，強(qiáng)度提高20MPa，脆性轉(zhuǎn)變溫度由-20℃降為-40℃。