熱處理工藝對于超高強熱成形鋼的組織影響

楊志婷 王志奮 韓榮東 胡寬輝 鄧照軍

(寶鋼股份中央研究院(武鋼有限技術中心) 湖北 武漢：430080)

0 引言

汽車輕量化技術作為降低油耗、減少排放的有效措施，已成為汽車技術研究的重點[1]。車身結構采用輕量化材料可有效實現(xiàn)汽車輕量比，相關研究表明：因較薄的超高強度鋼板已能夠滿足汽車結構的強度要求，若80%車身零件采用高強度、超高強度鋼板，可使車身總質量減少20%。故超高強度鋼在汽車領域中的應用越來越廣。

超高強度鋼板因其具有較高的屈服應力與抗拉強度，較低的硬化指數(shù)、厚向異性系數(shù)與延伸率，因此其成形性能較差，成形困難[2-3]。若采用冷沖壓成形，其變形范圍窄，所需成形力大，容易出現(xiàn)破裂和回彈嚴重等缺陷。熱沖壓技術的運用可克服超高強度鋼成形難、缺陷多等問題。此外，還可獲得厚度小、強度高的零件，可同時實現(xiàn)車身質量減輕和碰撞性能的提高。傳統(tǒng)的熱成形鋼用冷軋原料在奧氏體化后，再熱沖壓成形，而熱軋熱成形鋼沖壓成形的汽車零件亦能達到冷軋材料的性能要求。通過以熱代冷，使熱成形鋼的成本降低，同時更加節(jié)能環(huán)保，實現(xiàn)綠色低成本制造。

本文研究了熱處理工藝對于超高強熱成形鋼的金相組織、奧氏體晶粒度、晶界特征等影響規(guī)律。

1 試驗材料和方法

煉鋼采用真空感應爐，規(guī)格為50kg的炮彈錠，實際成分如表1所示。炮彈錠經(jīng)800軋機開坯，后續(xù)利用350軋機，將中間坯繼續(xù)軋制成2mm厚的熱軋板。熱軋板試樣加工成20cm×30cm試樣尺寸，在不同溫度下保溫不同時間，而后進行淬火處理，具體的熱處理工藝及試樣編號見表2。

表1 試驗鋼化學成分(Wt%)

表2 熱處理工藝

采用德國ZWICK Z600E電子拉伸試驗機，按照50mm標具，進行力學性能檢測。應用OLYMPUS GX71光學顯微鏡、JEOL JEM2100F透射電鏡和配備EBSD系統(tǒng)的FEI Quanta 450 FE-SEM場發(fā)射掃描電鏡對試驗鋼WHF1800的組織進行了分析。

2 試驗結果與討論

2.1 力學性能及組織分析

試樣經(jīng)力學拉伸試驗后，進行光學顯微鏡和掃描電鏡顯微組織分析，結果見表3和圖1。由圖1可知，在900℃～950℃保留5min以上均能得到單一的馬氏體組織，同時其力學性能亦能達到1650MPa以上，最高抗拉強度為1740MPa左右。

2.2 EBSD晶粒度分析及原始奧氏體晶粒度分析

選取4#～9#試樣進行EBSD晶粒分析，根據(jù)大角度晶界(大于15度)進行亞晶晶粒尺寸分析，結果見表4和圖2。由圖可知，隨著加熱溫度和時間的增加，熱成形鋼的晶粒尺寸有所增加。在本文研究的加熱溫度范圍內，晶粒尺寸變化不明顯，因此對于力學性能影響不大。

表3 試樣力學性能及顯微組織

圖1 試驗鋼的金相組織(a～i分別代表試樣1#～9#)

表4 試樣亞晶尺寸

圖2 EBSD分析的試驗鋼晶粒尺寸圖(a～f分別代表試樣4#～9#)

對1#和9#試樣進行原始奧氏體晶粒度分析，晶粒度級別分布為11.5和12級，晶粒長大不明顯，見圖3。

圖3 試驗鋼奧氏體晶粒尺寸

2.3 透射電鏡分析

選取加熱溫度950℃，保溫時間8min的試樣進行透射電鏡組織分析，組織類型相似，都包含板條狀馬氏體和針狀馬氏體。板條狀馬氏體可見明顯的馬氏體板條束，板條之間有殘余奧氏體，馬氏體板條內可見明顯的ε碳化物，見圖4(a)、4(b)。針狀馬氏體數(shù)量較少，見圖4(c)、4(d)。

圖4 透射電鏡分析的試驗鋼精細結構

3 結論

本文研究了奧氏體化溫度和保溫時間對于超高強熱成形鋼組織的影響規(guī)律。研究結果表明，隨著溫度和時間增加，最終組織由馬氏體與鐵素體的混合組織轉變?yōu)閱我获R氏體組織。在特定溫度保持一定的時間，則可得到理想的馬氏體組織，從而具有比較高的強度。透射電鏡分析表明該馬氏體類型主要由板條狀和棱鏡狀兩種結構。