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(shù)中心) 湖北 武漢：430080)

0 引言

汽車輕量化技術(shù)作為降低油耗、減少排放的有效措施，已成為汽車技術(shù)研究的重點(diǎn)[1]。車身結(jié)構(gòu)采用輕量化材料可有效實(shí)現(xiàn)汽車輕量比，相關(guān)研究表明：因較薄的超高強(qiáng)度鋼板已能夠滿足汽車結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，若80%車身零件采用高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼板，可使車身總質(zhì)量減少20%。故超高強(qiáng)度鋼在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣。

超高強(qiáng)度鋼板因其具有較高的屈服應(yīng)力與抗拉強(qiáng)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(yán)重等缺陷。熱沖壓技術(shù)的運(yùn)用可克服超高強(qiáng)度鋼成形難、缺陷多等問題。此外，還可獲得厚度小、強(qiáng)度高的零件，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)車身質(zhì)量減輕和碰撞性能的提高。傳統(tǒng)的熱成形鋼用冷軋?jiān)显趭W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(dá)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(shí)更加節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)綠色低成本制造。

本文研究了熱處理工藝對(duì)于超高強(qiáng)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(yàn)材料和方法

煉鋼采用真空感應(yīng)爐，規(guī)格為50kg的炮彈錠，實(shí)際成分如表1所示。炮彈錠經(jīng)800軋機(jī)開坯，后續(xù)利用350軋機(jī)，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(shí)間，而后進(jìn)行淬火處理，具體的熱處理工藝及試樣編號(hào)見表2。

表1 試驗(yàn)鋼化學(xué)成分(Wt%)

表2 熱處理工藝

采用德國ZWICK Z600E電子拉伸試驗(yàn)機(jī)，按照50mm標(biāo)具，進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。應(yīng)用OLYMPUS GX71光學(xué)顯微鏡、JEOL JEM2100F透射電鏡和配備EBSD系統(tǒng)的FEI Quanta 450 FE-SEM場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)試驗(yàn)鋼WHF1800的組織進(jìn)行了分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能及組織分析

試樣經(jīng)力學(xué)拉伸試驗(yàn)后，進(jìn)行光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡顯微組織分析，結(jié)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(shí)其力學(xué)性能亦能達(dá)到1650MPa以上，最高抗拉強(qiáng)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(jìn)行EBSD晶粒分析，根據(jù)大角度晶界(大于15度)進(jìn)行亞晶晶粒尺寸分析，結(jié)果見表4和圖2。由圖可知，隨著加熱溫度和時(shí)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(nèi)，晶粒尺寸變化不明顯，因此對(duì)于力學(xué)性能影響不大。

表3 試樣力學(xué)性能及顯微組織

圖1 試驗(yàn)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(yàn)鋼晶粒尺寸圖(a～f分別代表試樣4#～9#)

對(duì)1#和9#試樣進(jìn)行原始奧氏體晶粒度分析，晶粒度級(jí)別分布為11.5和12級(jí)，晶粒長(zhǎng)大不明顯，見圖3。

圖3 試驗(yàn)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(shí)間8min的試樣進(jìn)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(nèi)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(yàn)鋼精細(xì)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

本文研究了奧氏體化溫度和保溫時(shí)間對(duì)于超高強(qiáng)熱成形鋼組織的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨著溫度和時(shí)間增加，最終組織由馬氏體與鐵素體的混合組織轉(zhuǎn)變?yōu)閱我获R氏體組織。在特定溫度保持一定的時(shí)間，則可得到理想的馬氏體組織，從而具有比較高的強(qiáng)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(jié)構(gòu)。