孫榮生 ，王植 ，王靜 ，劉軍友 ，金曉龍 ，蔡順達(dá) ，劉仁東

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司冷軋廠，遼寧 鞍山 114021；3.鞍鋼股份有限公司系統(tǒng)創(chuàng)新部，遼寧 鞍山 114021）

近年來，隨著汽車輕量化和新能源汽車的高速發(fā)展，先進(jìn)高強(qiáng)鋼產(chǎn)品在汽車行業(yè)中的應(yīng)用顯著增加。冷軋馬氏體鋼作為超高強(qiáng)鋼的典型代表，強(qiáng)度級(jí)別可達(dá)到1 500 MPa級(jí)，是目前強(qiáng)度最高的冷成型先進(jìn)高強(qiáng)鋼。冷軋馬氏體鋼可通過輥壓成形生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的零件，主要用于車門防撞桿等零件，用來代替管狀零件，以降低制造成本［1-3］。冷軋馬氏體鋼（Martensite Steel）主要是通過高溫奧氏體組織快速淬火轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織，淬火馬氏體組織需進(jìn)行回火處理以改善其塑性，使其在如此高的強(qiáng)度下，仍具有一定的成形性能［4-5］。本文以C-Mn-Si系冷軋超高強(qiáng)馬氏體鋼為研究對(duì)象，研究水淬入口溫度對(duì)馬氏體鋼微觀組織及力學(xué)性能的影響。由于C-Mn-Si系冷軋馬氏體鋼的成分特點(diǎn)，退火工藝中的水淬入口溫度對(duì)其性能及組織的影響極為重要，直接影響馬氏體的生成量，最終決定馬氏體鋼的力學(xué)性能。通過對(duì)不同水淬入口溫度條件下組織性能及力學(xué)性能分析，為工業(yè)化生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)材料及工藝路線

試驗(yàn)用鋼采用工業(yè)生產(chǎn)的冷軋軋硬鋼板，具體生產(chǎn)工藝路線如下：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→精煉→連鑄→熱連軋機(jī)組→層流冷卻→冷連軋機(jī)組→連續(xù)退火機(jī)組。試驗(yàn)鋼化學(xué)成分如表1所示。試驗(yàn)用帶鋼取經(jīng)酸洗、冷軋得到的1.2 mm厚熱軋鋼板進(jìn)行模擬退火試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Chemical Compositions in Test Strip（Mass Fraction） %

試驗(yàn)鋼退火工藝如圖 1 所示，1#、2#、3#試樣均加熱到Ac3以上完全奧氏體化，經(jīng)緩冷之后淬火至室溫，1#試樣水淬入口溫度為650℃,2#試樣水淬入口溫度為700℃，3#試樣水淬入口溫度為750℃，之后進(jìn)行回火并保溫，最后冷卻到室溫。

圖1 試驗(yàn)鋼退火工藝Fig.1 Annealing Process for Test Strip

2 結(jié)果與討論

2.1 水淬入口溫度對(duì)試驗(yàn)用鋼力學(xué)性能的影響

利用上述化學(xué)成分的試驗(yàn)鋼冷硬板進(jìn)行退火工藝模擬，冷硬板厚度為1.2 mm，不同水淬入口溫度試驗(yàn)鋼力學(xué)性能如圖2所示。1#試驗(yàn)鋼橫向抗拉強(qiáng)度大于1 100 MPa，屈服強(qiáng)度大于900 MPa，延伸率大于11%；2#試驗(yàn)鋼橫向抗拉強(qiáng)度大于1 300 MPa，屈服強(qiáng)度大于1 100 MPa，延伸率大于8%；3#試驗(yàn)鋼橫向抗拉強(qiáng)度大于1 500 MPa，屈服強(qiáng)度大于1 200 MPa，延伸率大于7%。從中可以看出，隨著水淬入口溫度的升高，屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度增加，延伸率降低，這是因?yàn)殡S著水淬入口溫度的升高，影響基板內(nèi)馬氏體組織的生成量導(dǎo)致。

圖2 不同水淬入口溫度試驗(yàn)鋼力學(xué)性能Fig.2 Mechanical Properties of Test Strip under Different Temperatures for Water Quenching

2.2 工業(yè)產(chǎn)品微觀組織結(jié)構(gòu)觀察

通過光學(xué)電鏡、掃描電鏡及透射電鏡對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行金相組織觀察，不同水淬入口溫度試驗(yàn)鋼微觀組織見圖3。由圖3可見，水淬入口溫度為650℃的試驗(yàn)鋼微觀組織為塊狀鐵素體+馬氏體，通過透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，馬氏體基體中均出現(xiàn)碳化物析出；水淬入口溫度為700℃的試驗(yàn)鋼微觀結(jié)構(gòu)與水淬入口溫度為650℃的試驗(yàn)鋼相似，但為塊狀鐵素體+板條馬氏體的雙相組織，且鐵素體比例較水淬入口溫度為650℃的少，同時(shí)通過透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，板條馬氏體基體中均出現(xiàn)碳化物析出；水淬入口溫度為750℃的試驗(yàn)鋼微觀結(jié)構(gòu)均為板條馬氏體組織，且邊緣變得模糊，同時(shí)在馬氏體基體上析出大量的薄片狀或薄膜狀碳化物。這也是強(qiáng)度隨著水淬入口溫度增加而變高的原因。

圖3 不同水淬入口溫度試驗(yàn)鋼微觀組織Fig.3 Microstructures of Test Strip under Different Temperatures for Water Quenching

2.3 斷口形貌分析

利用掃描電鏡觀察樣品拉伸試樣斷口，不同水淬入口溫度試驗(yàn)鋼斷口形貌見圖4。從圖中可以看出，水淬入口溫度在650℃及700℃的試驗(yàn)鋼韌窩大小差別不大，均表現(xiàn)韌窩數(shù)量較多，且均勻分布。水淬入口溫度為750℃時(shí)，韌窩體積偏大數(shù)量偏少，且分布不均勻。雖然隨著水淬入口溫度升高，塑性變差，強(qiáng)度更高，但斷裂均為韌性斷裂。

圖4 不同水淬入口溫度試驗(yàn)鋼斷口形貌Fig.4 Fracture Appearances of Test Strip under Different Temperatures for Water Quenching

3 結(jié)論

（1）水淬入口溫度直接影響成品帶鋼的組織及馬氏體生成量，經(jīng)750℃淬火可得到組織為全馬氏體的單相組織，經(jīng)700℃淬火可得到組織為馬氏體+鐵素體的雙相組織，經(jīng)650℃淬火可得到組織為馬氏體+鐵素體的雙相組織，且鐵素體組織較多。

（2）不同水淬入口溫度下成品組織中的馬氏體含量直接決定成品帶鋼的力學(xué)性能，隨著水淬入口溫度的升高，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)，延伸率呈下降趨勢(shì)，全馬氏體組織帶鋼強(qiáng)度可達(dá)1 500 MPa以上。

（3）利用掃描電鏡觀察拉伸試樣斷口形貌可以看出，不同水淬入口溫度下試驗(yàn)鋼均為韌性斷裂，只是韌窩大小略有差別。