工藝參數(shù)對超低碳烘烤硬化鋼固溶碳含量和烘烤硬化性能的影響

史學(xué)星, 鞠新華, 鹿憲寶, 尉 冬

(首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院, 北京 100043)

汽車用超低碳烘烤硬化鋼(ULC-BH鋼)是一種在沖壓成型前具有較低的屈服強(qiáng)度，經(jīng)過沖壓成型或預(yù)先拉伸變形后，再通過烘烤溫度的時效處理，屈服強(qiáng)度可以得到一定程度提高的優(yōu)質(zhì)汽車用鋼。對烘烤硬化鋼來說，固溶元素特別是固溶碳含量是影響其烘烤硬化性能(即烘烤硬化值BH2)的最主要因素，因此實現(xiàn)定量分析固溶碳含量是十分必要的[1-8]。由于超低碳烘烤硬化鋼中的固溶碳含量與熱軋、冷軋工藝以及BH2值等之間的關(guān)系較為復(fù)雜，筆者希望利用內(nèi)耗技術(shù)建立了固溶碳含量與最終成品BH2值之間的關(guān)系，并由此找到兼顧材料力學(xué)性能的最佳工藝參數(shù)并應(yīng)用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)。筆者主要針對超低碳烘烤硬化鋼模擬考察了不同熱軋卷曲溫度、退火溫度和緩冷溫度對試驗鋼固溶碳含量和BH2值的影響規(guī)律，從而為烘烤硬化鋼的現(xiàn)場工藝改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為ULC-BH鋼熱軋板坯，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.002 1%C、0.05%Si、0.15%Mn和微量鈮、鈦等元素，厚度為4.5 mm。在中試模擬試驗室，按照不同熱軋卷曲溫度、不同退火溫度和緩冷溫度分別進(jìn)行工藝模擬，考察不同工藝下試驗鋼的固溶碳含量和BH2值變化規(guī)律。具體的模擬工藝為：①將相同成分的熱軋板坯分別采用不同的卷曲溫度(660，700，730 ℃)進(jìn)行熱軋卷曲，隨后將不同熱軋卷取溫度的產(chǎn)品冷軋后均采用780 ℃均熱退火，帶速為200 m·min-1；②將相同成分的700 ℃熱軋卷經(jīng)冷軋后分別采用不同的溫度(780，810，840 ℃)進(jìn)行退火處理；③將相同成分經(jīng)過700 ℃熱軋卷曲、780 ℃退火處理后的試驗板分別采用不同的緩冷溫度(650，680，710 ℃)進(jìn)行緩冷。

1.2 試驗方法

采用FTA-700型鋼中固溶碳測定儀，按照GB/T 13665-2007《金屬阻尼材料阻尼本領(lǐng)試驗方法 扭擺法和彎曲振動法》規(guī)定的方法加工出55 mm×4 mm×1 mm的矩形待測試樣進(jìn)行內(nèi)耗試驗。

采用Z100型萬能拉伸試驗機(jī)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24174-2009《鋼 烘烤硬化值(BH2)的測定方法》，測量經(jīng)過預(yù)拉伸2.0%總應(yīng)變的試樣在溫度170 ℃下烘烤20 min后下屈服強(qiáng)度相對于試樣2.0%總應(yīng)變對應(yīng)的強(qiáng)度的增加值，即BH2值。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 不同卷曲溫度的影響

不同卷曲溫度下試驗鋼的內(nèi)耗、固溶碳含量和BH2值變化曲線如圖1所示。由圖1a)可見。ULC-BH試驗鋼在660，700，730 ℃的卷曲溫度下，其內(nèi)耗試驗均在50 ℃附近出現(xiàn)明顯了的C-Snoek峰，但隨著卷曲溫度的升高C-Snoek峰高值差別不大，約為0.000 55。利用固溶碳引起的內(nèi)耗峰與固溶碳之間的線性關(guān)系，可定量計算出660，700，730 ℃對應(yīng)的固溶碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)分別為2.46×10-6，2.74 ×10-6，2.54×10-6，由計算結(jié)果來看卷曲溫度對試驗鋼的固溶碳含量影響不大，且差別在0.3×10-6范圍內(nèi)，如圖1b)所示。同時由圖1c)也可以看出，卷取溫度對最終成品的BH2值影響不明顯。

圖1 不同卷取溫度下ULC-BH鋼的內(nèi)耗曲線、固溶碳含量及BH2值Fig.1 The a) internal friction curves, b) solid solution carbon content and c) BH2 value of the ULC-BH steel at different crimping temperatures

2.2 退火溫度的影響

不同退火溫度下試驗鋼的內(nèi)耗、固溶碳含量和BH2值變化曲線如圖2所示。由2可以看出，退火溫度對ULC-BH試驗鋼中的固溶碳含量和BH2值影響非常敏感。ULC-BH試驗鋼在780，810，840 ℃的退火溫度下，其內(nèi)耗試驗在50 ℃附近也均出現(xiàn)明顯的C-Snoek峰；退火溫度由780 ℃提高到840 ℃，C-Snoek內(nèi)耗峰高值由0.000 50提高到0.000 65。對圖2a)中不同退火溫度下的C-Snoek內(nèi)耗峰擬合計算得出780，810，840 ℃對應(yīng)的固溶碳含量分別為2.22×10-6，4.11 ×10-6，7.15×10-6，即固溶碳含量隨著退火溫度升高而增大，幅度為2×10-6～3×10-6，如圖2b)所示。由圖2c)可以看出，試驗鋼的BH2值也隨著退火溫度升高而增大。

圖2 不同退火溫度下ULC-BH鋼的內(nèi)耗曲線、固溶碳含量及BH2值Fig.2 The a) internal friction curves, b) solid solution carbon content and c) BH2 value of the ULC-BH steel at different annealing temperatures

2.3 緩冷溫度的影響

不同緩冷溫度下試驗鋼的內(nèi)耗、固溶碳含量和BH2值變化曲線如圖3所示。由3可以看出，緩冷溫度對ULC-BH試驗鋼中的固溶碳含量和BH2值影響也非常敏感。ULC-BH試驗鋼在650，680，710 ℃不同的緩冷溫度下，其內(nèi)耗試驗在50 ℃附近都出現(xiàn)明顯的C-Snoek峰,但緩冷溫度由650 ℃提高到710 ℃時，C-Snoek內(nèi)耗峰高值由0.000 72降低到0.000 55。對圖3a)中不同緩冷溫度下的C-Snoek內(nèi)耗峰擬合計算得出650，680，710 ℃對應(yīng)的固溶碳含量分別為4.58 ×10-6，3.99 ×10-6，2.57×10-6。即緩冷溫度為650 ℃和680 ℃時，試樣鋼中固溶碳含量差異不大，但緩冷溫度由680 ℃升高到710 ℃，其固溶碳含量隨著緩冷溫度升高而降低，幅度約1.5 ×10-6，如圖3b)所示。由圖3c)可以看出，試驗鋼的BH2值也隨著緩冷溫度升高而降低。

圖3 不同緩冷溫度下ULC-BH鋼的內(nèi)耗曲線、固溶碳含量及BH2值Fig.3 The a) internal friction curves, b) solid solution carbon content and c) BH2 value of the ULC-BH steel at different slow cooling temperatures

3 結(jié)論

(1) 不同的工藝參數(shù)對超低碳烘烤硬化鋼中的固溶碳含量和BH2值都有較大影響，卷曲溫度對試驗鋼固溶碳含量和BH2值影響較小。

(2) 隨著退火溫度升高，試驗鋼的固溶碳含量和BH2值都逐漸增大；且退火溫度由780 ℃升至840 ℃，固溶碳含量增加2×10-6～3×10-6。

(3) 隨著緩冷溫度升高，試驗鋼的固溶碳含量和BH2值都逐漸減??；且緩冷溫度由650 ℃升至710 ℃，固溶碳含量降低約1.5×10-6。