固溶冷卻方式對(duì)BH 鋼冷軋板微觀組織與織構(gòu)的影響★

盧振敏， 孫 穎

（1.寶武太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030001；2.山西工程職業(yè)學(xué)院， 山西 太原 030009）

迄今為止，對(duì)于BH 鋼板的烘烤硬化機(jī)理、熱軋、冷軋及其再結(jié)晶過(guò)程，已經(jīng)有學(xué)者做了大量研究，但是對(duì)于碳固溶度不同對(duì)BH 鋼板冷軋織構(gòu)演變的影響及對(duì)BH 鋼板深沖性能影響的分析還比較少。要研究這個(gè)問(wèn)題，首先就要研究不同冷卻方式對(duì)碳在鐵素體中固溶度的影響，針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)用多功能內(nèi)耗儀、光學(xué)顯微鏡等設(shè)備，以BH 鋼板為研究材料，研究了冷卻方式對(duì)BH 鋼固溶碳含量的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

本實(shí)驗(yàn)選用熱軋BH 鋼板為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，材料成分如表1 所示。

表1 BH 鋼的化學(xué)成分 %

1.1 高溫固溶實(shí)驗(yàn)

把3 個(gè)BH 鋼熱軋樣品在真空熱處理爐中加熱到1 280 ℃并保溫1 h，讓BH 鋼中的碳化物充分分解，讓碳原子與碳化物實(shí)現(xiàn)元素分離之后再固溶到鋼中去，保溫結(jié)束后，將3 個(gè)樣品分別以水冷、空冷、爐冷三種冷卻方式冷卻，測(cè)試樣品的碳固溶程度。

1.2 內(nèi)耗測(cè)量

將BH 鋼板經(jīng)過(guò)高溫固溶后，三種冷卻方式冷卻后得到的樣品制成內(nèi)耗測(cè)量樣品。樣品尺寸長(zhǎng)×寬×厚為70 mm×1.5 mm×0.75 mm，使用多功能內(nèi)耗儀，工作溫度為300～1000K，強(qiáng)迫振動(dòng)頻率為10-4～10Hz，自由衰減頻率為10-5～10-1Hz，在25～600 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)測(cè)量不同樣品的內(nèi)耗—溫度曲線，通過(guò)內(nèi)耗可以比較準(zhǔn)確的測(cè)定材料中的固溶C 含量。

應(yīng)用多功能內(nèi)耗儀檢測(cè)實(shí)驗(yàn)后的BH 鋼樣品，測(cè)試其碳在鐵素體中的固溶度差別。

1.3 冷軋實(shí)驗(yàn)

將三種冷卻方式冷卻后的BH 鋼樣品進(jìn)行軋制，軋制壓下率分別設(shè)定為50%和80%。軋制實(shí)驗(yàn)設(shè)備為四輥可逆式冷軋機(jī)。軋機(jī)主要參數(shù)如表2 所示。

表2 四輥可逆式冷軋機(jī)主要參數(shù)

1.4 金相觀察

將樣品分別用300 號(hào)到2000 號(hào)的砂紙進(jìn)行研磨，磨至表面劃痕接近等間距且同向分布，然后拋光至表面無(wú)劃痕為止，腐蝕液使用5%的硝酸酒精溶液，用金相顯微鏡對(duì)試樣的顯微組織進(jìn)行觀察分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)耗—溫度曲線

如下頁(yè)圖1 所示為樣品的內(nèi)耗—溫度曲線，由圖1 所示結(jié)果可以看出，Snoek 峰出現(xiàn)在40 ℃左右的室溫區(qū)域內(nèi)，Snoek 指出碳、氮原子在α-Fe 固溶體中所引起的弛豫內(nèi)耗峰高度與這些元素在α-Fe 中的濃度有關(guān)[1-2]。如圖1 所示，Snoek 峰最高的wc 線是水冷樣品，其次是ac 線空冷樣品，fc 線爐冷樣品則幾乎看不到Snoek 峰。由Snoek 研究組的Dijkstra 指出，對(duì)于固溶碳濃度C 小于0.1%的Fe，存在固溶碳濃度C=Khs關(guān)系，K 為常數(shù)，hs為Snoek 峰高度[3]。因此可以判定三種冷卻方式中，碳固溶濃度由大到小的順序?yàn)樗浞绞剑究绽浞绞剑緺t冷方式；另外在溫度為200 ℃左右時(shí)，內(nèi)耗曲線上出現(xiàn)的峰為SKK 峰，體心立方結(jié)構(gòu)材料中的SKK 峰，是位錯(cuò)和間隙溶質(zhì)氣團(tuán)引起的，體心立方結(jié)構(gòu)中，間隙原子與位錯(cuò)的交互作用程度越強(qiáng)，則內(nèi)耗峰值越高[4]。由此可以判定，三種冷卻方式中，水冷冷卻方式SKK 峰值最高，則固溶碳原子與冷變形形成的位錯(cuò)相互作用較強(qiáng)。

圖1 內(nèi)耗—溫度曲線

2.2 冷軋壓下量分別為50%、80%時(shí)的顯微組織

從圖2、圖3 可以看出，空冷冷卻后的BH 鋼樣品經(jīng)50%壓下量和80%壓下量冷軋后，隨著壓下量的增加，晶粒被拉長(zhǎng)，晶粒尺寸變小，由平均晶粒尺寸48 μm 減小到20 μm。從圖4、圖5 中可以看出，爐冷冷卻后的BH 鋼樣品經(jīng)50%壓下量和80%壓下量冷軋后，隨著壓下量的增加，晶粒尺寸變小，由平均晶粒尺寸80 μm 減小到20 μm，符合金屬變形的一般規(guī)律，晶粒尺寸變化幅度顯著大于空冷冷卻方式，且50%壓下量后晶粒尺寸也要大于空冷冷卻方式50%壓下量后的晶粒尺寸。從圖6、圖7 中可以看出，水冷冷卻后的BH 鋼樣品經(jīng)50%壓下量和80%壓下量冷軋后，隨著壓下量的增加，晶粒尺寸變小，且分布規(guī)律符合金屬變形的一般規(guī)律。與爐冷和空冷冷卻方式相比，水冷冷卻方式下的晶粒明顯更加細(xì)小。

圖2 空冷50%壓下量

圖3 空冷80%壓下量

圖4 爐冷50%壓下量

圖5 爐冷80%壓下量

圖6 水冷50%壓下量

圖7 水冷80%壓下量

3 結(jié)論

本文對(duì)不同冷卻方式對(duì)BH 鋼固溶碳含量的影響進(jìn)行了研究，主要研究不同冷卻方式（空冷、爐冷、水冷）下BH 鋼的內(nèi)耗溫度曲線，又對(duì)冷卻后BH 鋼進(jìn)行軋制，觀察其微觀組織，得出結(jié)論如下：

1）三種冷卻方式中，碳固溶濃度由大到小的順序?yàn)樗浞绞阶畲?，空冷方式其次，爐冷方式最小，在200℃左右，內(nèi)耗曲線上出現(xiàn)SKK 峰，三種冷卻方式中，水冷冷卻方式SKK 峰值最高，則固溶碳原子與冷變形形成的位錯(cuò)相互作用較強(qiáng)。

2）三種冷卻方式對(duì)冷軋組織的影響，從晶粒尺寸上來(lái)看，爐冷冷卻方式晶粒尺寸最大，空冷冷卻次之，水冷冷卻最小，與碳固溶濃度相反。