Nb-Ti 微合金化800 MPa 級復(fù)相鋼性能均勻性研究

供稿|李振，馮超凡，陳瑾，陳飛，龔堅，吳耐 /

內(nèi)容導(dǎo)讀

對Nb-Ti 微合金化800 MPa 級汽車用復(fù)相鋼的頭、中、尾部力學(xué)性能、板形與顯微組織結(jié)構(gòu)類型進行研究。結(jié)果表明：造成熱軋原料通卷性能波動，酸軋板形波動的主要原因是熱軋原料鋼卷內(nèi)、外圈冷速不均形成不同類型微觀組織導(dǎo)致。為此，在生產(chǎn)800 MPa 強度級別復(fù)相鋼時，熱軋采用550 °C 低溫卷取工藝，可有效避開珠光體生成區(qū)，確保熱軋通卷為鐵素體與貝氏體組織，進而改善熱軋原料通卷性能均勻性，提高該產(chǎn)品酸軋后板形質(zhì)量。

在“雙碳”目標的時代背景下，隨著汽車輕量化的發(fā)展，安全性與節(jié)能減排成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢。為此，汽車用鋼的選材逐漸向超高強鋼發(fā)展，據(jù)相關(guān)研究[1-6]表明，780 MPa 以上超高強鋼應(yīng)用超過60%，可實現(xiàn)車身減重25%。超高強鋼種的代表有雙相鋼、復(fù)相鋼、相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)與馬氏體鋼等。

復(fù)相鋼(Complex phase steels，CP) 顯微組織主要為鐵素體/貝氏體，包含少量的馬氏體和珠光體組織，其晶粒尺寸比較細小，抗拉強度均較高。其與同等強度的雙相鋼相比，屈服強度較高，同時由于基體存在一定量的貝氏體組織，其折彎與擴孔性能相對較好，可較好的應(yīng)用于局部成形的安全部位零件。采用Nb-Ti 復(fù)合微合金化成分體系的800 MPa復(fù)相鋼在實際生產(chǎn)過程中，暴露出熱卷通卷性能波動大、板形較差等問題。目前，國內(nèi)外關(guān)于如何提高汽車用復(fù)相鋼通卷性能均勻性與板形質(zhì)量的研究鮮有報道。為解決此問題，本文分析了造成熱卷性能波動的原因，并創(chuàng)造性提出采用低溫卷取，避開珠光體生成區(qū)，從而有效解決了性能與板形問題。

試驗方法

試驗材料采用某鋼鐵公司熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的汽車用800 MPa 級別復(fù)相鋼熱軋原料，帶鋼厚3 mm，化學(xué)成分見表1。

表1 800 MPa 級復(fù)相鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) %

對酸軋后冷硬卷板形進行對比分析，并對熱軋原料卷的頭、中、尾部取拉伸試樣測量力學(xué)性能，并進行微觀組織分析。

試驗結(jié)果與討論

鋼卷頭、中、尾部性能波動原因分析

酸軋批量生產(chǎn)800 MPa 級別復(fù)相鋼650 °C 卷取熱軋卷，酸軋后冷硬卷板形出現(xiàn)嚴重復(fù)合浪形，浪形位置對應(yīng)熱卷內(nèi)圈，板形IU 值達到8IU 以上，如圖1(a)所示，嚴重影響訂單交付。為進一步確定板形好壞與熱卷內(nèi)、外圈對應(yīng)關(guān)系的相關(guān)性，設(shè)計熱軋原料卷頭、尾對調(diào)的重卷試驗。熱卷頭、尾對調(diào)之后，酸軋后冷硬卷復(fù)合浪位置也隨之由前半卷轉(zhuǎn)移至后半卷，如圖1(b)所示，由此可見，復(fù)合浪形雖然是由酸軋過程造成，但其根源卻是在熱軋原料，初步認為熱軋原料通卷性能波動導(dǎo)致酸軋板形突變，進一步研究熱軋原料通卷性能波動情況。

采用650 °C 常規(guī)卷取工藝生產(chǎn)的3.5 mm 厚800 MPa 級復(fù)相鋼熱軋原料卷，熱軋原料全長590 m，進行通卷力學(xué)性能檢測。取樣位置分別為距離熱卷帶頭1、65、180、305、450、585 和590 m處，鋼卷力學(xué)性能如圖2 所示。由圖2 可見，熱卷強度最低值出現(xiàn)在熱卷中部長度180～300 m 處，屈服強度481 MPa，抗拉強度583 MPa；最高強度出現(xiàn)在熱卷外圈585 m 處，屈服強度629 MPa，抗拉強度814 MPa，熱卷內(nèi)圈屈服強度為530 MPa 左右，抗拉強度為630 MPa 左右。熱軋原料卷強度最高在外圈1/3，然后是內(nèi)圈1/3，強度最低為卷中1/3 處。

為確定其熱卷性能變化原因，進一步觀察熱卷頭、中、尾部微觀組織，如圖3 所示。材料基體淺灰色為鐵素體組織，圖3(a)與3(b)黑色條帶為珠光體組織，圖3(a) 與3(c) 深灰色為貝氏體/馬氏體組織。因此，由熱卷通卷微觀組織推斷，熱卷帶頭為鐵素體+珠光體+極少貝氏體/馬氏體組織，帶中為鐵素體+珠光體組織，帶尾鐵素體+貝氏體/馬氏體組織，與熱卷通卷性能波動對應(yīng)關(guān)系明確。

根據(jù)文獻[7-8]所述，熱軋卷在冷卻過程中，溫度場分布是不均勻的。外圈散熱容易，冷速最快，溫度最低；內(nèi)圈雖然與空氣接觸，但受輻射影響，散熱被削弱，冷速與溫度適中；而鋼卷中部位置冷速最慢，溫度最高。在冷速較慢的卷中位置，形成的是鐵素體+珠光體組織，而在冷速較快的熱卷外圈，形成的是鐵素體+馬氏體/貝氏體，熱卷帶頭冷速處于兩者之間，形成鐵素體+珠光體+(極少貝氏體/馬氏體組織)。因此，熱軋原料通卷性能波動導(dǎo)致酸軋過程中軋制力突變，進而導(dǎo)致酸軋冷硬成品卷板形發(fā)生突變，需提高熱軋原料卷的通卷性能穩(wěn)定性。

低溫卷取工藝應(yīng)用效果

利用JMatPro 軟件繪制材料相變CCT 曲線，如圖4 所示?？梢钥闯?，本產(chǎn)品成分體系下，當卷取溫度為650 °C 時，材料緩慢冷卻通過鐵素體與珠光體區(qū)域，其成品組織為鐵素體+珠光體組織。材料在不同冷速條件下的貝氏體轉(zhuǎn)變溫度為460～570 °C。當設(shè)定熱軋原料卷取溫度為550 °C 時，無論熱卷內(nèi)圈還是外圈，材料冷卻均會通過鐵素體與貝氏體區(qū)域，最終得到鐵素體+貝氏體組織。

采用550 °C 低溫卷取生產(chǎn)3.5 mm 厚度800 MPa 級別復(fù)相鋼，熱軋原料頭、中與尾力學(xué)性能如表2 所示。

表2 800 MPa 級別復(fù)相鋼熱軋原料卷頭、中、尾性能波動

采用550 °C 低溫卷取后，熱軋原料頭、中、尾部屈服強度波動24 MPa，抗拉強度波動31 MPa，延伸率波動1%，較650 °C 高溫卷取性能波動改善明顯。進一步觀察，熱卷原料頭、中、尾部金相組織如圖5 所示，均為灰白色基體的鐵素體組織與深灰色貝氏體/馬氏體組織。

使用550 °C 低溫卷取酸軋后通卷板形如圖6 所示，材料通卷板形IU 值控制在2 個IU 以內(nèi)，有效解決了800 MPa 級別復(fù)相鋼熱卷原料性能波動與酸軋板形較差問題。

結(jié)束語

(1)造成Nb-Ti 微合金化800 MPa 級別復(fù)相鋼熱軋原料前半卷與后半卷板形差異變化明顯的原因是通卷性能波動。

(2)造成熱軋原料通卷性能波動的原因為熱卷內(nèi)、外圈冷速不同，進而導(dǎo)致微觀組織不同，影響了其通卷性能均勻性。

(3)通過低溫卷取工藝調(diào)整，熱軋原料可獲得通卷的鐵素體基體+貝氏體組織，材料性能波動屈服強度波動24 MPa，抗拉強度波動31 MPa，延伸率波動1%，有效改善材料的通卷性能均勻性。