汽車用高強(qiáng)IF鋼的組織與性能研究

1、hot working technology 2014, vol.43, no. 18汽車用高強(qiáng) if 鋼的組織與性能研究肖冬玲, 常書戰(zhàn)(河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車學(xué)院, 河南 鄭州 450005)摘 要：研究了退火加熱速度和退火冷卻速度對 if 鋼顯微組織、第二相粒子析出和力學(xué)性能的影響。 研究結(jié)果表 明，隨加熱速度增加，鐵素體晶粒變小、第二相粒子變小、強(qiáng)度增加；隨冷卻速度增加，晶粒尺寸變小、第二相粒子變小并 伴隨著局部偏聚現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：高強(qiáng)； if 鋼； 組織； 性能中圖分類號：tg156.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1001-3814(2014)18-0208-03study on mi

2、crostructure and properties of high strength if steel for automobilexiao dongling, chang shuzhan(college of automobile, henan vocational and technical college of communications, zhengzhou 450005, china)abstract：the effects of annealing heating rate and annealing cooling rate on microstructure, preci

3、pitation of the second phase and mechanical properties of if steel were studied. the research results show that, with the increase of heating rates, the ferrite grain size becomes smaller, the second phase particles become smaller, and the strength increases; with the increase of cooling rate, the g

4、rain size becomes smaller, the second phase particles become smaller and accompanies by local segregation phenomenon.key words：high strength; if steel; microstructure; property隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展， 能源及環(huán)境問 題日益突出， 對汽車用鋼的使用性能與安全性能的 要求愈來愈高。 高強(qiáng) if 鋼(interstitial free steel，無間 隙原子鋼) 由于具有優(yōu)良的深沖性和無時效性等優(yōu) 點(diǎn)，受到世界各國鋼鐵企

5、業(yè)和汽車制造商的青睞，其 中， 安賽樂米塔爾、 新日鐵、 jfe、 蒂森克虜伯、 美鋼 聯(lián)、 浦項等先進(jìn)鋼廠的 if 鋼年產(chǎn)量均在 300 萬噸 以上1。 我國在高強(qiáng) if 鋼方面的研究與生產(chǎn)相對較 晚，但是發(fā)展速度較快，武鋼、鞍鋼等企業(yè)已經(jīng)具備 了批量生產(chǎn) if 鋼的能力，這主要是由于市場需求的 急劇增加和生產(chǎn)成本的降低。 在高強(qiáng) if 鋼的研究與 探索過程中發(fā)現(xiàn)， 在合金中添加一定含量的微合金 化元素， 可以達(dá)到在提高強(qiáng)度的同時提高鋼的韌性 的目的， 這主要是由于鋼中形成的第二相粒子對鋼 材的性能具有重要的影響， 而軋制高強(qiáng) if 鋼板在 退火后的工藝控制被認(rèn)為是控制第二相粒子析出的 關(guān)鍵

6、2。 因此，本文以低碳高強(qiáng) if 鋼為研究對象，分析了退火工藝參數(shù)對 if 鋼力學(xué)性能與微觀組織的 影響，以期為高性能汽車用高強(qiáng) if 鋼的國產(chǎn)化生產(chǎn) 提供必要的參考。1 實(shí)驗(yàn)材料與方法實(shí)驗(yàn)用鋼為低碳高強(qiáng) if 鋼， 化學(xué)成分如表 1 所 示。 實(shí)驗(yàn)鋼在 準(zhǔn)450 mm 軋機(jī)上進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，加?溫度 1200 ，開軋溫度 1060 ， 終軋溫 度 860 ， 熱軋成 4 mm 厚的鋼板， 之后采用 準(zhǔn)160 mm 二輥可 逆式冷軋進(jìn)上進(jìn)行 5 道次軋制處理， 冷軋壓下量為 80%，板材最終厚度為 0.8 mm3。 分別對二組鋼板進(jìn) 行不同退火工藝的處理，第一組鋼板以不同速度(2、4、 8 和

7、 16 /s)加熱至 840 保溫 120 s，然后以 10 /s 速度冷卻至室溫； 第二組鋼板以 4 /s 的加熱速度 加熱至 840 經(jīng)過 40 s 退火處理后，以不同速度(5、 10、20 和 40 /s)冷卻至室溫。csimnnbaltibps0.00420.2701.860.0960.0130.0150.00050.0100.008表 1 實(shí)驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% ) tab.1 chemical composition of steel test (wt% )收稿日期:2013-12-03作者簡介:肖冬玲(1978- ),女,陜西渭南人,講師,碩士,主要研究方向?yàn)?載運(yùn)工具

8、運(yùn)用工程;電話e-mail: 不同退火工藝下的試樣按照 gb3076 在 mts-810 電子萬能拉伸機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率 2 mm/min； 金相208熱加工工藝 2014 年 9 月 第 43 卷 第 18 期試樣經(jīng)過打磨拋光后在 zeiss 光學(xué)顯微鏡下觀察； 在 jeol-2100 電 子顯微鏡下 觀察不同 工藝條件下 的組織第二相粒子的析出規(guī)律。2 結(jié)果與分析2.1 退火加熱速度對組織和性能的影響(a) 2/s(b) 4/s(c) 8/s(d) 16/s50 m50 m50 m50 m圖 1 為不同加熱速度下的 i

9、f 鋼的金相顯微組 織。 可以看出，由于加熱速度不同，if 鋼種的晶粒尺 寸與形狀都存在較大差異。 當(dāng)加熱速度為 2 /s 和4 /s 時，if 鋼種主要以等軸塊形的鐵素體晶粒為 主，平均尺寸在 23m 左右；當(dāng)加熱速度升高到8 /s 時， 等軸晶粒含量減少而不規(guī)則形狀的鐵素體晶粒 增加，同時 if 鋼的平均晶粒尺寸減小，為 15 m 左 右；當(dāng)加熱速度增加至 16 /s 時，晶粒組織中主要 以不規(guī)則的鐵素體晶粒為主， 平均晶粒尺寸進(jìn)一步 降低至 10m 左右。圖 2 為 不 同 加 熱 速 度 下 晶 界 處 位 錯 組 態(tài) 的tem 形貌。 可以看出， 在 2 /s 的加熱速度下，三圖 1

10、 不同加熱速度下試樣的金相顯微組織(a) 2/s(b) 4/s(c) 8/s(d) 16/s200 nm200 nm200 nm200 nmfig.1 microstructure of samples under different heating rates圖 2 不同加熱速度下試樣的位錯組態(tài)fig.2 dislocation configurations of samples under different heating rates角晶界處晶界彎曲程度較大， 角度并未呈現(xiàn)規(guī)則的120， 位錯密度較低，見圖 2(a)；隨加熱速度升高至4 /s 時， 三角晶界有向規(guī)則的 120轉(zhuǎn)變的趨勢4

11、， 此外，晶粒內(nèi)部的位錯密度略有提高，見圖 2(b)；當(dāng) 加熱速度升至 8 /s 后， 晶界附近的位錯密度呈現(xiàn) 較大幅度的提高， 此外可以發(fā)現(xiàn)大量彌散分布的第(a) 2/s(b) 4/s(c) 8/s(d) 16/s300 nm300 nm300 nm300 nm二相粒子出現(xiàn)在鐵素體晶體中，見圖 2(c)；當(dāng)加熱速 度 為 16 /s 時 ， 在 if 鋼 種 可 以 發(fā) 現(xiàn) 較 為 規(guī) 則 的120三角晶界，此外，位錯密度得到了進(jìn)一步提升， 見圖 2(d)。圖 3 為不同加 熱速度下的 第二相粒子 析 出 的 tem 觀察。 可看出， 在不同的加熱速度下，if 鋼中產(chǎn) 生了大量彌散析出的第二

12、相粒子， 尺寸為 320 nm， 隨加熱速度的增加，if 鋼中的第二相粒子尺寸不斷 減小。 當(dāng)退火加熱速度從 2 /s 增加至 16 /s 過程 中，if 鋼種的第二相粒子尺寸從 20 nm 降低至 3 nm圖 3 不同加熱速度下試樣的第二相粒子的析出fig.3 precipitation of the second phase particles under different heating rates209hot working technology 2014, vol.43, no. 18左右。表 2 為不同退火加熱速度下的實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性 能測試結(jié)果。 可看出，當(dāng)加熱速度在 2 8/s

13、 變化 時，if 鋼的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度基本保持在同一水 平，但是當(dāng)加熱速度增加至 16 /s 時，抗拉強(qiáng)度與 屈服強(qiáng)度上升較為明顯。 此外，當(dāng)加熱速度為 2 /s 和 4 /s 時，if 鋼的伸長率基本相當(dāng)，在加熱速度增 加至 8 /s 以上時，伸長率有所提高；當(dāng)加熱速度在 2 16 /s 變 化 時 ，if 鋼 的 屈 強(qiáng) 比 分 別 為 0.800、0.815、0.817 和 0.845，屈強(qiáng)比越高則表示 if 鋼的抗 變形能力越強(qiáng)。 不同加熱速度下 if 鋼的力學(xué)性能的加熱速度 /(s-1)抗拉強(qiáng)度 / mpa屈服強(qiáng)度 / mpa伸長率(%)屈強(qiáng)比240032038.30.800440

14、232838.20.815840433045.60.8171642035545.80.845表 2 不同退火加熱速度下試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能 tab.2 mechanical properties of test steel under different annealing speeds變化主要與晶粒尺寸與第二相粒子的彌散析出及位 錯密度有關(guān)5-6。2.2 退火冷卻速度對組織和性能的影響圖 4 為不同冷卻速度下的 if 鋼的金相顯微組 織。 可以看出，當(dāng)冷卻速度為 5 /s 時，if 鋼中主要 由形狀不規(guī)則的多邊形鐵素體組成， 晶粒尺寸約為 11 m； 當(dāng)冷卻速度為 10 /s 時，if 鋼種出現(xiàn)

15、了一定 比例的等軸鐵素體晶粒，多邊形鐵素體晶粒有變小趨 勢，平均晶粒尺寸約為 10 m；當(dāng)冷卻速度為 20 /s 時，if 鋼種出現(xiàn)了較多的分布不均勻的等軸鐵素體 晶粒，多邊形鐵素體變小，平均晶粒尺寸約為 6 m； 隨冷卻速度進(jìn)一步增加至 40 /s 時，等軸鐵素體和 多邊形鐵素體分布均勻，晶粒尺寸約為 5 m。(a) 5/s(b) 10/s(c) 20/s(d) 40/s50 m50 m50 m50 m圖 5 為不同冷 卻速度下的 第二相粒子 析 出 的 tem 觀察。 可以看出，隨冷卻速度的增加，if 鋼種第 二相粒子的體積分?jǐn)?shù)變化較小， 且部分第二相粒子 的尺寸變小，但仍然有局部區(qū)域出現(xiàn)

16、了偏聚現(xiàn)象。在 5 /s 冷卻速度下，第二相粒子呈現(xiàn)彌散分布；當(dāng)冷圖 4 不同冷卻速度下的金相顯微組織(a) 5/s(b) 10/s(c) 20/s(d) 40/s300 nm300 nm300 nm300 nmfig.4 microstructure of samples under different cooling rates圖 5 不同冷卻速度下的第二相粒子的 tem 組織fig.5 tem organization of the second phase particles under different cooling rates卻速度為 10 /s 時，第二相粒子尺寸減?。划?dāng)冷卻

17、速 度為 20/s 時，局部出現(xiàn)了偏聚現(xiàn)象；而在 40 /s 的 冷卻速度下，第二相粒子尺寸進(jìn)一步減小，但是局部 偏聚現(xiàn)象依然存在。表 3 為不同退火冷卻速度下的實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性 能測試結(jié)果。 可以看出， 當(dāng)冷卻速度在 5 20/s 變化時，if 鋼的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度保持在 402表 3 不同冷卻速度下試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能tab.3 mechanical properties of test steels under different cooling rates加熱速度 /(s-1)抗拉強(qiáng)度 / mpa屈服強(qiáng)度 / mpa伸長率(%)屈強(qiáng)比545138938.60.8621046240438.4

18、0.8752045039337.40.8734040233137.20.823(下轉(zhuǎn)第 214 頁)210hot working technology 2014, vol.43, no. 18500 以上退火，盤條的力學(xué)性能大幅降低，而塑性 斷后伸長率與最大力下的總伸長率上升。盤條的屈強(qiáng)比與軟硬相的強(qiáng)度差有關(guān)， 強(qiáng)度差 越大，屈強(qiáng)比越低。 這主要是由于在外力作用下，軟 相晶粒會首先發(fā)生塑性變形， 位錯運(yùn)動的結(jié)果會產(chǎn) 生應(yīng)力集中，當(dāng)遇到強(qiáng)度較高的硬相時，軟相產(chǎn)生的 應(yīng)力集中會使硬質(zhì)相屈服并產(chǎn)生塑性變形, 從而使 軟相的應(yīng)力集中釋放， 避免空洞的產(chǎn)生和縮頸的提 前形成，使斷裂不易發(fā)生。 由多種組織

19、所構(gòu)成的鋼， 當(dāng)鋼中的軟相與硬相之間的強(qiáng)度差較大時， 鋼的屈 強(qiáng)比較低；當(dāng)軟相與硬相之間的強(qiáng)度差較小時，則鋼 的屈強(qiáng)比較高。 因此為了獲得低屈強(qiáng)比, 最一般的方 法是使鋼的顯微組織有軟的鐵素體。 盤條在 600 退火后獲得了較好的屈強(qiáng)比， 是由于滲碳體的球化 和鐵素體片層中滲碳體顆粒急劇增加的緣故。3結(jié)論(1) 一次拉拔后盤條的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度上 升了 104%和 33%，而伸長率則降低了 57%，屈強(qiáng)比 則從 0.6 上升至 0.92， 這是因?yàn)殇摻罾浒魏髾M向壓縮縱向拉伸后，內(nèi)部晶格產(chǎn)生滑移，位錯密度上升。(2) 隨退火溫度的升高，盤條的力學(xué)性能先升高 后降低； 斷后伸長率和最大力下的總伸

20、長率則單調(diào) 遞增；400 退火后盤條的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及屈 強(qiáng)比取得最大值。(3) 隨退火溫度的升高， 盤條中鐵素體不斷細(xì) 化，含量降低，鐵素體基體上分布的滲碳體逐漸球化。致謝： 感謝中鋼集團(tuán)先進(jìn)耐火材料國家重點(diǎn)實(shí) 驗(yàn)室對樣品成分分析工作的大力支持！參考文獻(xiàn)：1楊才福高強(qiáng)度建筑鋼筋的最新技術(shù)進(jìn)展j鋼鐵，2010，11：103-113.2楊忠民 細(xì)晶高強(qiáng)鋼筋c/2009 全國建筑鋼筋生產(chǎn) 、設(shè)計與 應(yīng)用技術(shù)交流研討會會議文集，2009.3徐向俊，孔俊其控冷工藝對熱軋雙相鋼盤條組織和性能的影 響j熱加工工藝，2012，41(5)：121-123.4李煒新熱處理對雙相鋼組織和性能的影響j熱加工工藝，2010，39(11)：176-178.5俞肇元，李艷梅，朱伏先熱處理工藝對建筑用 pc 鋼棒強(qiáng)韌 性的影響j材料與冶金學(xué)報，2002(3)：212-214.(上接第 210 頁)462mpa，但當(dāng)冷卻速度增加至 40/s 時，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度降低幅度較為明顯；隨冷卻 速度的增加 ，if 鋼的伸長率沒有發(fā)生顯著變化，保 持在 37.2%38.6%； 在 520 /s 的冷卻速