500MPa級(jí)熱鍍鋅雙相鋼力學(xué)性能控制研究

葛 浩，何丹丹，馬二清，崔 磊

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

雙相鋼是由軟相鐵素體基體和硬相馬氏體組成，具有低屈強(qiáng)比，高初始加工硬化速率，良好的強(qiáng)度和延性配合等特點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)展成一種汽車(chē)用高強(qiáng)度新型沖壓用鋼。由于其具有一系列優(yōu)異性能, 因而大量應(yīng)用于邊梁、側(cè)面構(gòu)件、橫梁、支柱、底盤(pán)加強(qiáng)件、油箱支架等汽車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件等。 現(xiàn)重點(diǎn)研究了熱鍍鋅500 MPa級(jí)雙相鋼的性能控制方法。

1 試驗(yàn)材料與方法

運(yùn)用自主開(kāi)發(fā)的雙相鋼成分與退火曲線(xiàn)的模型計(jì)算在不同C含量條件下奧氏體化比例與退火溫度的變化關(guān)系，確定合適的C含量及退火溫度。之后采用Jmat軟件模擬不同冷速條件下帶鋼的CCT曲線(xiàn)，確定合適的冷卻工藝。連續(xù)退火試驗(yàn)所用材料為從國(guó)內(nèi)某鋼廠(chǎng)酸軋線(xiàn)生產(chǎn)的樣板，剪切成150 mm*450 mm規(guī)格樣板。應(yīng)用Multipas連退模擬試驗(yàn)機(jī)研究在給定成分、不同退火溫度條件下產(chǎn)品的組織與性能的變化規(guī)律。應(yīng)用XL30掃描電鏡觀(guān)察組織形貌；應(yīng)用Zwick電子材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同C含量條件下奧氏體化比例與退火溫度的變化關(guān)系

圖1為自主開(kāi)發(fā)模型計(jì)算的奧氏體化比例與退火溫度的變化關(guān)系。根據(jù)類(lèi)似產(chǎn)品的奧氏體化比例推算鍍鋅DP500大約需要30%的奧氏體轉(zhuǎn)化比例，因此需要C含量在0.08%，退火溫度在790 ℃左右較為合適。

圖1 不同C含量條件下奧氏體化比例

2.2 500MPa級(jí)熱鍍鋅雙相鋼成分設(shè)計(jì)

因熱鍍鋅雙相鋼產(chǎn)線(xiàn)從開(kāi)始冷卻到生成鐵素體-馬氏體雙相組織的冷卻速率低于CAL線(xiàn)。冷速不夠，就有可能進(jìn)入貝氏體或珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，得不到雙相組織。解決辦法是在鋼中加入一定量的合金元素，使鋼的CCT曲線(xiàn)右移，推遲貝氏體和珠光體轉(zhuǎn)變，通過(guò)合理的工藝來(lái)獲得力學(xué)性能和鍍層質(zhì)量均優(yōu)良的產(chǎn)品。本文介紹的500 MPa級(jí)熱鍍鋅雙相鋼成分設(shè)計(jì)采用C-Si-Mn-Cr系，通過(guò)在鋼中加入一定量的Mn、Cr穩(wěn)定奧氏體，提高淬透性。通過(guò)加入一定量的Si促進(jìn)在緩冷過(guò)程中C向奧氏體富集，凈化鐵素體，降低屈強(qiáng)比，改善力學(xué)性能。模擬計(jì)算合適的成分設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 500MPa級(jí)熱鍍鋅雙相鋼成分設(shè)計(jì)

2.3 CCT曲線(xiàn)模擬計(jì)算

圖2為假定生產(chǎn)線(xiàn)速度為80 m/min，設(shè)定C含量在0.08%，計(jì)算不同冷速條件的CCT曲線(xiàn)。模擬計(jì)算可知，在冷速10 ℃/s條件下，貝氏體轉(zhuǎn)變溫度在540 ℃左右。即設(shè)定快冷終止溫度低于540 ℃可避免鋼中出現(xiàn)貝氏體組織。因500 MPa級(jí)熱鍍鋅雙相鋼C含量較低，在冷卻過(guò)程中為獲得更為穩(wěn)定的奧氏體組織，需要較低的緩冷終止溫度，促進(jìn)C以及合金元素向奧氏體富集，生成更多的取向附生鐵素體，穩(wěn)定奧氏體，達(dá)到提高抗拉強(qiáng)度同時(shí)降低屈服強(qiáng)度的目的。這對(duì)于降低產(chǎn)品屈強(qiáng)比、改善產(chǎn)品綜合力學(xué)性能是極為有利的。

圖2 不同冷速條件下的CCT曲線(xiàn)模擬計(jì)算圖

2.4 連續(xù)退火模擬試驗(yàn)

試驗(yàn)所用材料酸軋卷厚度為1.6 mm，模擬帶鋼運(yùn)行速度為85 m/min，模擬退火溫度為770 ℃-820 ℃，每10 ℃為一個(gè)試驗(yàn)溫度增量。退火溫度曲線(xiàn)如圖3所示。

表2 連退模擬試驗(yàn)力學(xué)性能

圖3 500 MPa熱鍍鋅雙相鋼連續(xù)退火模擬曲線(xiàn)

表2為各退火溫度下力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，圖4為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度隨退火溫度的變化關(guān)系。可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：1)屈服強(qiáng)度在770 ℃時(shí)最低，之后隨退火溫度升高屈服強(qiáng)度升高，在790 ℃-800 ℃范圍內(nèi)下降，810 ℃以上隨溫度升高繼續(xù)升高。2)抗拉強(qiáng)度在770 ℃-800 ℃范圍內(nèi)變化不大，810 ℃以上抗拉強(qiáng)度隨溫度升高有所下降。因此，通過(guò)連退模擬試驗(yàn)可得出，退火溫度在790 ℃-800 ℃左右可確保力學(xué)性能最為穩(wěn)定。

圖4 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度隨退火溫度變化規(guī)律

2.5 高倍組織分析

圖5為不同退火溫度條件下500 MPa級(jí)熱鍍鋅雙相鋼運(yùn)用掃描電鏡觀(guān)察到的高倍組織照片?？梢钥吹?，在較低的退火溫度下，組織中硬質(zhì)相比例較低，并且組織中貝氏體含量與較高退火溫度相比較多，組織均勻性較差。隨退火溫度升高，鐵素體晶粒尺寸稍有增大，大部分馬氏體較為均勻地分布在鐵素體晶界處，極少量分布在鐵素體晶粒內(nèi)部。退火溫度在810 ℃以上時(shí)，因形成奧氏體量增多，但其含碳量降低，后續(xù)冷卻變得不穩(wěn)定，容易分解造成力學(xué)性能不穩(wěn)定。因此，退火溫度應(yīng)在790 ℃-800 ℃左右較為合適。

圖5 組織分析(圖a-e為820 ℃-770 ℃退火條件下高倍組織照片)

3 結(jié)論

采用C-Si-Mn-Cr系成分設(shè)計(jì)的500MPa熱鍍鋅雙相鋼在C含量為0.08%，退火溫度在790 ℃-800 ℃范圍內(nèi)，快冷終止溫度<540 ℃可生產(chǎn)出具有鐵素體+馬氏體雙相組織，力學(xué)性能優(yōu)良的產(chǎn)品。