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卷取温度对700MPa热轧双相不锈钢组织和性能的影响

发布时间:2020-05-12 11:43:00 点击:


双相不锈钢板厂家无锡联尚金属2020年5月12日讯 采用Gleeble-2000 热模拟试验机研究了热轧双相钢在连续冷却过程中的相变行为和组织演变规律,并绘制了试验钢的动态连续冷却转变( CCT) 曲线。根据动态CCT 曲线,在实验室采用控轧控冷工艺制备了在4 种不同温度卷取的700 MPa 级热轧双相钢,通过光学显微镜( OM) 、扫描电镜( SEM) 、X 射线衍射和拉伸试验对试验钢的组织和力学性能进行了观察和测试。结果表明: 在300 ℃卷取的试验钢的力学性能最优,屈服强度为365 MPa,抗拉强度为696 MPa,断后伸长率为22. 5%,组织组成为典型的铁素体加马氏体双相组织,并含有3. 5%( 体积分数) 的残留奥氏体。

  关键词:热轧双相钢;卷取温度;显微组织;力学性能


  随着汽车工业的迅猛发展和对环境保护要求的不断提高,节能、降耗、环保和安全已成为新一代汽车的发展趋势[1-2]。双相钢以相变强化为基础,由软相铁素体和硬相马氏体组成,因其低的屈强比、较高的强度和良好的强塑性匹配,而成为汽车加强板、底盘、轮辐、保险杠等车体构件向轻量化和 安 全 性 发 展 的 主 要 优 质高强度结构用钢[3-5]。

  双相不锈钢热轧生产分为中温卷取和低温卷取两种类型。中温卷取型的奥氏体相在控制冷却过程中先析出一定数量铁素体,然后快冷至介于 A→F 和 A→B 转变温度之间的亚稳奥氏体无相变区 ( 一般为 500 ~ 600 ℃ ) 进行卷取,随后板卷冷却过程中亚稳奥氏体转变为马氏体获得两相组织。成分上主要通过添加钼元素提高卷取温度区亚稳无相变奥氏体的稳定性,抑制铁素体转变,但成本较高[6-7]。低温卷取型双相钢是将钢终轧后先在两相区控冷获得部分铁素体,随后快速冷却到马氏体相变区,使未转变的奥氏体发生马氏体相变,再进行低温卷取[8]。其特点是在减少合金元素 ( 如 Mo、Cr) 的加入情况下能避开贝氏体的生成,同时也避免了铁素体的时效,降低了成本,也是近年来汽车用钢领域重点研制的钢种之一。

  本文采用传统的 C-Mn 成分体系,通过实验室轧制和卷取模拟试验,重点研究了卷取温度对 700 MPa 热轧双相不锈钢组织和性能的影响,以期为工业生产提供参考。


  1 试验材料与方法

  试验钢采用中试 50 kg 真空感应炉冶炼、模铸,铸锭尺寸为 100 mm × 150 mm × 300 mm,化学成分( 质量分数,% ) 为 0. 13 C、0. 4 Si、1. 6 Mn、 0. 014 P、0. 002 S、0. 56 Al。将钢锭缺陷部位切除,剩余部分作为热轧坯料。

  取坯料加工成 8 mm × 12 mm 的圆柱体试样,在美国 DSI Gleeble-2000 热模拟实验机上进行热模拟试验。首先将试样以 10 ℃ /s 速率加热至 1 150 ℃,保温 5 min。然后以 10 ℃ /s 速率冷却至 1 050 ℃,进 行 第 一 道 次 变 形,变 形 量 为 30% ,变形速率为 20 s - 1 ; 再以 10 ℃ /s 速率冷却至 860 ℃,进行第二道次变形,变形量为 20% ,变形速率为 20 s - 1 ; 最后分别以 0. 1、0. 5、1、3、5、10、 15、20、30 ℃ /s 的速率冷却至室温,采集温度、膨胀量和时间数据,绘制出温度-膨胀量曲线,并结合金相法、硬度法绘制出试验钢的 CCT 曲线。

  根据动态 CCT 曲线制定热轧工艺制度方案为: 先将坯料加热至 1 150 ℃,保温 2 h,然后在中试 550 二辊可逆轧机上进行热轧,始轧温度 1 100 ℃,终轧温度 860 ℃,终轧后立即水冷至铁素体相变区,停留一段时间,使铁素体析出,再分别快速水冷至 450、350、300、250 ℃,随后将试样放入卷取炉中随炉冷却,模拟热轧卷取。

  沿热轧板长度方向切取拉伸试样,其尺寸示意图如图 1 所示。根据 GB /T 5028. 1—2008,采用 Zwick /Roell Z1200 万能材料拉伸试验机测量试验钢板的力学性能。

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  在热轧板上切取金相试样,经磨制、机械抛光后,用体积分数为 4% 的硝酸酒精溶液浸蚀,然后采用 DMI5000M 光学显微镜、JSM-7001F 场发射扫描电镜对试样纵截面组织进行观察分析,最后使用 Bruker D8 advance X 射线衍射仪测定残留奥氏体的体积分数。


  2 结果与分析

  2. 1 试验钢的动态 CCT 曲线

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  图 2 为试验钢经两道次变形后以不同速率冷却得到的室温显微组织。冷却速率为 0. 1 ℃ /s 时,试验钢为铁素体和珠光体两相组织。冷却速率为 0. 5 ℃ /s 时,组织中开始出现贝氏体。冷却速率为 0. 5 ~ 5 ℃ /s 时,试验钢的组织由铁素体、珠光体和贝氏体组成,且随着冷却速率的增加,珠光体数量逐渐减少,贝氏体数量逐渐增多。冷却速率为 10 ℃ /s 时,珠光体基本消失。当冷却速率大于 15 ℃ /s 时,试验钢的组织由铁素体、贝氏体和马氏体组成。

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  试验钢的动态 CCT 曲线图如图 3 所示,包含铁素体区、珠光体区、贝氏体区和马氏体区。试验冷速范围内均发生了铁素体转变,贝氏体转变温度范围较宽,除 0. 1 ℃ /s 冷却速率外,其余冷速下均发生了贝氏体转变,且贝氏体转变温度区间相对稳定。珠光体转变区随着冷却速率的增大而不断缩小,直至冷速为 5 ℃ /s 时基本消失。冷却速率在 10 ℃ /s 及以上时,发生马氏体相变。

  2. 2 卷取温度对力学性能的影响

  表 1 为试验钢在不同卷取温度下的力学性能。可以看出,试验钢的抗拉强度随着卷取温度的升高而降低。其中 450 ℃卷取的试验钢的抗拉强度最低,仅为 571 MPa,但断后伸长率最高,A80 达到24 % 。当卷取温度为300 ~ 350℃ 时,抗拉强度几乎没有差异,均为 700 MPa 左右,300 ℃ 卷取的试 验 钢 的 断 后 伸 长 率 为 22. 5% ,明 显 高 于 350 ℃卷取的试验钢。当试验钢在 250 ℃ 卷取时,抗拉强度最高,达到 749 MPa,断后伸长率为 21. 5% ,略低于 300 ℃卷取的试验钢。



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