供稿|李宏偉

內(nèi)容導(dǎo)讀

針對(duì)熱成型鋼邊部硬度不均的現(xiàn)象，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化合金成分，在原有成分體系的基礎(chǔ)上，降低Mn、Cr 的含量，得到合適的成分配比，降低鋼板的淬透性，同時(shí)考慮到改進(jìn)成分對(duì)力學(xué)性能可能造成不利的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼力學(xué)性能、微觀組織等進(jìn)行分析測(cè)定。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能滿足車身防撞鋼管生產(chǎn)要求，同時(shí)帶鋼邊部硬度均勻性得到有效改善。

用于熱成型生產(chǎn)的熱軋板料對(duì)熱軋帶鋼沿寬度方向的力學(xué)性能均勻性具有一定的要求，盡管理想的控制目標(biāo)是做到沿帶鋼寬度方向上不存在硬度波動(dòng)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中硬度的波動(dòng)是很難避免的[1]。因此在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，一般要求將硬度波動(dòng)控制在盡可能小的范圍內(nèi)(例如小于HRC 6)。唐鋼某熱軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的22MnB5 熱軋酸洗板具有明顯的邊部硬度偏高的現(xiàn)象，不能滿足后續(xù)的熱成型加工需求。

對(duì)于熱軋帶鋼而言，合理的軋后冷卻控制可以防止由于冷卻不均而產(chǎn)生的不均勻變形，防止帶鋼的扭曲或瓢曲，提高帶鋼的質(zhì)量[1]。但是由于生產(chǎn)條件的限制，帶鋼寬度方向上的力學(xué)性能很難保持均勻。唐鋼生產(chǎn)的22MnB5 熱成型用鋼具有明顯的邊部硬度偏高的現(xiàn)象，帶鋼邊部硬度過高時(shí)，需要將帶鋼邊部向內(nèi)切去一段，來保證熱軋帶鋼的寬度方向力學(xué)性能均勻性。

熱成型鋼宏觀硬度分析

對(duì)22MnB5 熱成型鋼熱軋酸洗板的工作側(cè)和電機(jī)側(cè)邊部100 mm 范圍進(jìn)行宏觀硬度分析，由于生產(chǎn)條件的限制，不能進(jìn)行帶鋼沿寬度方向的溫度測(cè)量。為了對(duì)其宏觀硬度分布情況進(jìn)行全面分析，分別在熱軋帶鋼的頭部、中部、邊部分別取樣，進(jìn)行宏觀硬度分析。22MnB5 熱軋酸洗板的硬度分布情況如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，22MnB5 熱軋酸洗板的邊部宏觀硬度波動(dòng)范圍很大，其中硬度較高的部位主要出現(xiàn)帶鋼的兩側(cè)，達(dá)到HRC 23。硬度較低的部位主要出現(xiàn)帶鋼邊部向中部過度的區(qū)域，硬度值為HRC 11。帶鋼的宏觀硬度波動(dòng)范圍達(dá)到HRC 12，帶鋼寬向宏觀硬度波動(dòng)過大會(huì)影響后續(xù)熱成型的生產(chǎn)過程。結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析，造成帶鋼硬度波動(dòng)的原因主要是帶鋼軋制過程中沿寬度方向的溫度分布不均以及22MnB5 鋼淬透性較高。由于沒有邊部輔助加熱裝置，帶鋼邊部溫度低于帶鋼中部，造成熱軋酸洗板邊部硬度偏高。

實(shí)驗(yàn)方案

鑒于該生產(chǎn)線生產(chǎn)22MnB5 熱成型鋼硬度不均現(xiàn)象嚴(yán)重，為了解決邊部硬度偏高問題，通過優(yōu)化合金成分改善熱軋帶鋼寬度方向力學(xué)性能均勻性。

成分設(shè)計(jì)

優(yōu)化合金成分，在原有成分體系的基礎(chǔ)上，降低Mn、Cr 的含量，得到合適的成分配比，通過降低鋼板的淬透性[2-3]，來改善由于帶鋼邊部冷速過快帶來的硬度分布不均問題，同時(shí)考慮到改進(jìn)成分對(duì)力學(xué)性能可能造成不利的影響，有必要對(duì)其力學(xué)性能、微觀組織、等進(jìn)行分析，并對(duì)其力學(xué)性能、淬透性等進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)鋼的成分見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

熱軋組織性能分析

為了保證實(shí)驗(yàn)過程更貼近生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼顯微組織進(jìn)行了觀察。在熱軋酸洗板的邊部與心部取12 mm×8 mm 金相試樣，所得試樣經(jīng)研磨拋光，之后用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精腐蝕液進(jìn)行腐蝕。當(dāng)試樣表面呈現(xiàn)淺灰色時(shí)，用無水酒精沖洗并吹干，完成所需金相樣品的制備。腐蝕好的金相樣品在JEOL JXA-8503F 場(chǎng)發(fā)射電子探針顯微分析(EMPA)上采用二次電子圖像分析其顯微組織。實(shí)驗(yàn)鋼及其顯微組織如圖2 所示，從圖中可以看出實(shí)驗(yàn)鋼的初始組織為鐵素體+珠光體組織，與22MnB5 熱軋酸洗板工業(yè)板的組織相近。

為了得到實(shí)驗(yàn)鋼的實(shí)際拉伸性能，拉伸時(shí)按照J(rèn)IS5 標(biāo)準(zhǔn)取拉伸樣，采用2 mm/min 速率拉伸。利用AG-Xplus 250 kN 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)室溫下熱成型件的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，得到實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能如表2 所示。

通過AG-Xplus 250 kN 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量得到的原始記錄數(shù)據(jù)，導(dǎo)入函數(shù)繪圖軟件Origin，繪制如圖3 所示的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

由圖3 實(shí)驗(yàn)鋼的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和表2 的實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能可以看出，實(shí)驗(yàn)鋼的抗拉強(qiáng)度為540 MPa 左右，屈服強(qiáng)度為400 MPa 左右，延伸率為22%左右，力學(xué)性能較為均勻，與22MnB5 熱軋酸洗板工業(yè)板的力學(xué)性能較為接近。

表2 實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

熱處理后組織性能分析

為了模擬車身防撞鋼管的生產(chǎn)過程，設(shè)計(jì)熱處理工藝。具體的熱處理工藝為：將取好的拉伸樣放入管式爐內(nèi)在加熱到880 °C 保溫5 min，隨后直接進(jìn)行淬火，為了模擬熱成型件在汽車裝配過程中的熱噴漆工藝，將淬火后的拉伸試樣放入烘干箱內(nèi)，加熱至170 °C 保溫30 min[4-5]。為了得到實(shí)驗(yàn)鋼的實(shí)際拉伸性能，拉伸時(shí)按照J(rèn)IS5 標(biāo)準(zhǔn)取拉伸樣，采用2 mm/min 速率拉伸。利用AG-Xplus 250 kN 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)室溫下熱成型件的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，得到實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能如表3 所示。

從表3 模擬熱成型后實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能可以看出，新設(shè)計(jì)的兩組實(shí)驗(yàn)鋼在模擬熱成型過程進(jìn)行熱處理后，都得到了較為優(yōu)異的力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1600 MPa 以上，屈服強(qiáng)度達(dá)到1200 MPa 以上，斷后伸長(zhǎng)率均高于7%，力學(xué)性能滿足車身防撞鋼管的要求。由于車身防撞鋼管對(duì)其熱處理后的微觀組織存在要求，因此模擬熱成型后的顯微組織進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)鋼的顯微組織如圖4 所示。從圖中可以看出，兩種實(shí)驗(yàn)鋼熱處理后得到的均為全馬氏體組織，且馬氏體板條較為細(xì)小，滿足產(chǎn)品的相關(guān)要求。

表3 熱處理后實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

22MnB5 熱成型鋼的生產(chǎn)條件對(duì)其淬透性具有一定要求，保證最終得到全馬氏體組織的熱成型件，改進(jìn)成分后的熱成型鋼淬透性不能過低[3]。因此對(duì)淬透性較差的TSH-1 實(shí)驗(yàn)鋼的淬透性進(jìn)行測(cè)定。熱成型用鋼淬透性的測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室全自動(dòng)相變儀(Formastor-FII)上進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)采用如圖5 所示的實(shí)驗(yàn)工藝，即先以10 °C/s 的加熱速度升溫到920 °C，保溫5 min 后，分別以10、20、25、30、40、45、50 °C/s 的冷卻速度冷卻至室溫[4-5]。

將熱軋酸洗板熱成型用鋼冷卻后的相變儀試樣沿著軸向拋開，所得試樣經(jīng)研磨拋光，最后用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精腐蝕液進(jìn)行腐蝕，在JEOL JXA-8503F 場(chǎng)發(fā)射電子探針顯微分析(EMPA)上采用二次電子圖像分析其顯微組織。不同冷速下實(shí)驗(yàn)鋼的顯微組織如圖6 所示。

由圖6 的微觀形貌可以看出，當(dāng)冷速為45 °C/s時(shí)，TSH-1 便可得到全馬氏體組織，TSH-1 的臨界冷速為45 °C/s，滿足車身防撞鋼管生產(chǎn)要求：加熱實(shí)現(xiàn)完全奧氏體化后，直接水淬得到全馬氏體組織。由于TSH-2 的Cr 含量高于TSH-1 且其他成分不變，TSH-2 的淬透性優(yōu)于TSH-1。結(jié)合力學(xué)性能分析，TSH-1、TSH-2 實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能滿足車身防撞鋼管生產(chǎn)要求，同時(shí)在現(xiàn)有合金體系的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低了材料的淬透性。

結(jié)論

按照實(shí)驗(yàn)鋼成分進(jìn)行工業(yè)試生產(chǎn)，改進(jìn)后的成分適當(dāng)降低材料的淬透性，在不改變生產(chǎn)條件的基礎(chǔ)下，減弱了由于鋼邊部溫度下降幅度大于中部，帶來的帶鋼邊部硬度過高的問題，優(yōu)化了22MnB5熱成型鋼熱軋酸洗板的通寬力學(xué)性能均勻性。