供稿|周晏鋒，崔丕林，韓宇，苗雋，馬思遠(yuǎn)

內(nèi)容導(dǎo)讀

研究了Mo 元素對800 MPa 級(jí)大梁鋼組織和性能的影響。結(jié)果表明：Mo 元素具有推遲珠光體的轉(zhuǎn)變，抑制多邊形鐵素體和珠光體形成的作用；經(jīng)熱軋后，加Mo 鋼組織為針狀鐵素體+點(diǎn)狀馬氏體和奧氏體島狀物（MA 島），未加Mo 鋼組織為多邊形鐵素體+點(diǎn)狀MA 島；當(dāng)終軋溫度850 °C，卷取溫度600 °C 時(shí)，綜合性能最好，強(qiáng)度普遍提高10~20 MPa，延伸率普遍提高1%，對?40 °C 以下溫度的沖擊功作用明顯，最多提高可達(dá)20 J。

Mo 是重要的合金元素，為體心立方晶體結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于合金鋼中，因其具有高溫強(qiáng)度好、硬度高、抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在鋼中具有獨(dú)特的、不可替代的作用[1]。我國商用車需求量與日俱爭，其輕量化、環(huán)?；l(fā)受到關(guān)注，同時(shí)由于汽車在行駛中受到各種沖擊、扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜應(yīng)力作用，車架的服役條件相當(dāng)苛刻[2]，加之“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)的提出以及對超載超限的嚴(yán)格限制，因此對汽車用鋼的綜合性能要求越來越高。目前市場上改裝車80%左右使用強(qiáng)度700 MPa 以上的高強(qiáng)大梁鋼，該類析出強(qiáng)化高強(qiáng)鋼在商用車大梁鋼的推廣應(yīng)用證明了成型性、低溫韌性和焊接性是衡量熱軋汽車結(jié)構(gòu)用鋼能否實(shí)現(xiàn)梁架制造的重要參量[3]。而當(dāng)前汽車制造業(yè)中，汽車大梁一般采用沖壓成型和輥壓成型工藝，其變形方式以冷彎為主，因此高強(qiáng)大梁鋼必須擁有良好的綜合性能[4?5]。

實(shí)驗(yàn)材料及方法

利用200 kg 真空感應(yīng)爐熔煉2 爐實(shí)驗(yàn)鋼鋼錠，成分如表1 所示，兩爐鋼差別在于是否添加Mo 元素進(jìn)行微合金化處理。之后進(jìn)行開坯處理，將兩實(shí)驗(yàn)鋼鋼錠加熱到1200 °C，保溫5 h，又在1150 °C進(jìn)行鍛造，鍛造成55 mm 厚度的板坯。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT）曲線測定

利用Gleeble2000 熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)對1#鋼和2#鋼進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，即將試樣以10 °C/s 速度加熱到奧氏體化溫度1200 °C，保溫5 min，然后以10 °C/s 的冷卻速度降溫至850 °C，保溫30 s，待完全奧氏體化后 分 別 以0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0 °C/s 的速度進(jìn)行冷卻，根據(jù)試樣尺寸變化即可測得主要相變點(diǎn)的相變溫度，繪制出兩種實(shí)驗(yàn)鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT）曲線，如圖1 所示。

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

圖 1 實(shí)驗(yàn)鋼CCT 曲線：（a）1#；（b）2#

圖 2 不同終軋溫度條件下2 種實(shí)驗(yàn)鋼金相組織：（a）1#，800 °C；（b）1#，850 °C；（c）1#，890 °C；（d）2#，800 °C；（e）2#，850 °C；（f）2#，890 °C

圖 3 終軋溫度850 °C 下實(shí)驗(yàn)鋼的掃描電鏡圖：（a）1#；（b）2#

圖 4 終軋溫度890 °C 下實(shí)驗(yàn)鋼的沖擊斷口形貌：（a）1#；（b）2#

表 2 不同終軋溫度實(shí)驗(yàn)鋼力學(xué)性能

由測得數(shù)據(jù)及兩曲線可以看出，Mo 元素具有提高奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的作用，奧氏體化溫度由891.03 提高到894.12 °C，并且具有縮小奧氏體相區(qū)的作用，同時(shí)推遲了珠光體的轉(zhuǎn)變并使其轉(zhuǎn)變速度降低，孕育期增長，曲線向右移動(dòng)。貝氏體相區(qū)明顯擴(kuò)大，組織更容易得到。同時(shí)Mo 元素也增加了2#鋼的淬透性，5~10 °C/s 的冷速時(shí)，便會(huì)逐漸出現(xiàn)貝氏體組織，通過相變強(qiáng)化來提高鋼板的強(qiáng)度。根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果制定實(shí)驗(yàn)鋼的熱軋參數(shù)：加熱溫度1200~1250 °C，軋制厚度 6.0 mm，卷取溫度 600 °C，軋制道次7。選取800、850 和890 °C 終軋溫度研究其對含Mo 高強(qiáng)大梁鋼的性能和組織的影響。

金相組織

圖2為實(shí)驗(yàn)鋼在不同終軋溫度軋制后的金相組織，金相組織均為鐵素體中彌散分布細(xì)小的點(diǎn)狀馬氏體和奧氏體島狀物（MA 島）。未加Mo 的1#鋼組織主要為多邊形鐵素體+點(diǎn)狀MA 島，隨著終軋溫度的升高，多邊形鐵素體有粗化且不均勻的趨勢。加Mo 的2#鋼組織主要為針狀鐵素體+點(diǎn)狀MA 島，組織更加均勻，當(dāng)終軋溫度升高時(shí)，能夠?qū)M織有一定的細(xì)化作用，粗化趨勢不明顯。Mo 元素有效地抑制了多邊形鐵素體和珠光體的形成，提高鋼的淬透性，對組織細(xì)化有一定的作用。

力學(xué)性能

表2為實(shí)驗(yàn)鋼在不同終軋溫度軋制后板材橫向的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，850 °C 終軋溫度綜合性能最好。當(dāng)終軋溫度為890 °C，奧氏體晶粒沒有充分的細(xì)化，細(xì)晶強(qiáng)化作用受到限制，故強(qiáng)度和韌塑性都較差；當(dāng)終軋溫度為800 °C，由于含有Nb 元素，雖然組織得到了進(jìn)一步細(xì)化，但生產(chǎn)時(shí)變形抗力較大，增加軋機(jī)負(fù)荷，故該終軋溫度下大生產(chǎn)時(shí)有一定難度。加Mo 鋼在綜合性能上優(yōu)于未加Mo 鋼，強(qiáng)度上相應(yīng)提高7~14 MPa，伸長率相應(yīng)提高1.0%左右，主要源自于金相組織上的不同和對碳化物析出的影響。加Mo 鋼中針狀鐵素體相對更多，針狀鐵素體具有較好的連鎖性，對裂紋的擴(kuò)展有一定的阻礙和遏制作用，故性能更好，尤其是在韌塑性方面，更能滿足使用要求。在含Nb 鋼中，Mo 能提高Nb（C、N）在奧氏體中的溶度積，使大量的Nb 保持在固溶體中，以便在低溫轉(zhuǎn)變中彌散析出，起到很好的強(qiáng)化作用。Mo 在鋼中還能增加碳化物的形核位置，使形成的碳化物更細(xì)小、更多[6?7]。

電鏡分析

圖3是終軋溫度850 °C 下1#和2#鋼的組織形貌，1#鋼主要以大塊的多邊形鐵素體組織為主，2#鋼主要以長條的針狀鐵素體組織為主，與顯微鏡觀看的金相組織一致。圖4 是終軋溫度890 °C 下1#和2#實(shí)驗(yàn)鋼?40 °C（該鋼種的韌脆轉(zhuǎn)變溫度在?40 °C 左右）沖擊斷口形貌，一般地，韌窩的大小和形狀與其析出物有關(guān)，而Mo 元素對析出物有一定細(xì)化作用。2#鋼韌窩更加彌散、細(xì)小，其中大韌窩形貌大而深，且周圍群集了許多小韌窩[8]，當(dāng)材料受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收塑性變形功和斷裂功的能力更加分散，尤其對?40 °C 以下的低溫沖擊功作用明顯，最多可提高20 J，由此加Mo 的2#鋼的低溫沖擊韌性更好。

結(jié)束語

（1）兩種成分鋼的CCT 曲線均有鐵素體、珠光體及貝氏體相區(qū)組成，Mo 元素具有推遲珠光體的轉(zhuǎn)變，抑制多邊形鐵素體和珠光體形成的作用。

（2）經(jīng)熱軋軋制后，加Mo 鋼金相組織為針狀鐵素體+點(diǎn)狀MA 島，未加Mo 鋼金相組織為多邊形鐵素體+點(diǎn)狀MA 島。

（3）當(dāng)終軋溫度850 °C，卷取溫度600 °C時(shí)，綜合性能最好，滿足要求。在強(qiáng)度和韌塑性方面，加Mo 鋼普遍優(yōu)于未加Mo 鋼，強(qiáng)度上相應(yīng)提高7~14 MPa，延伸率上相應(yīng)提高1.0%左右，對?40°C 以下溫度的沖擊功作用明顯，最多可提高20 J。