張春余，郭曉雨，汪云輝

（唐鋼鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

目前汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)是汽車(chē)輕量化，今后汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)為汽車(chē)通過(guò)減重來(lái)實(shí)現(xiàn)減排、節(jié)能。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，車(chē)身質(zhì)量每減輕10%燃油節(jié)省3%~7%。節(jié)約燃油的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保性不容小視，采用高強(qiáng)鋼材，與傳統(tǒng)的材料和工藝相比，能使零部件質(zhì)量大幅降低。汽車(chē)大梁用熱軋鋼板主要用來(lái)制造汽車(chē)的車(chē)架縱、橫梁及其他緊固件，在日常使用中，對(duì)其強(qiáng)度、韌塑性、冷彎性能具有較高的要求[1-2]。位于熱連軋和卷取機(jī)之間的層流冷卻是CSP線工藝的重要環(huán)節(jié)之一。經(jīng)過(guò)熱軋后板帶溫度不久降低，其次最為重要的是在此過(guò)程中發(fā)生奧氏體的分解基體，根據(jù)冷卻模式和冷卻之后卷取工藝的不同，熱軋后的變形奧氏體可以轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體、珠光體、貝氏體或者馬氏體等不同組織，并且晶粒尺寸大小可能各不相同，因此，采用熱軋后通過(guò)控制冷卻速率來(lái)控制成品的晶粒尺寸和組織形態(tài)，獲得更為優(yōu)良的綜合性能[3]。本文采用熱連軋技術(shù)生產(chǎn)出510 MPa級(jí)大梁鋼，研究了不同層冷工藝及卷取溫度對(duì)組織及性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為寬1 500 mm、厚4 mm的510 MPa級(jí)汽車(chē)大梁鋼，其化學(xué)成分如表1所示，熱軋工藝參數(shù)如表2所示。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分 %

表2 熱軋工藝

取2組試樣，1組試樣為層冷工藝不同，分別采用前段集中冷和后段集中冷，另1組為卷取溫度分別為630℃和500℃。將試樣制備成金相試樣，用4%硝酸酒精溶液侵蝕。用光學(xué)顯微鏡對(duì)試樣金相組織進(jìn)行觀察和拍照，結(jié)合“截點(diǎn)法”和ImageJ軟件對(duì)平均晶粒尺寸進(jìn)行測(cè)量。為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，所測(cè)量的晶粒數(shù)大于500個(gè)。分別用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和能譜分析儀對(duì)鋼中析出相的形貌和化學(xué)成分進(jìn)行觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 層冷工藝對(duì)組織性能的影響

采用相同的終軋溫度（880℃）和卷取溫度（630℃），研究分析了相同厚度的鋼板在不相同的冷卻方式下成品組織的變化情況，不同層冷工藝試樣的金相組織如下頁(yè)圖1所示。從圖1中可觀察到1-1圖和1-2圖組織都為鐵素體+珠光體，1-1圖為前段集中冷卻模式冷卻；1-2圖為后段集中冷卻模式冷卻。從圖中看出1-1圖中的晶粒尺寸明顯較1-2圖中的晶粒均勻細(xì)小，經(jīng)過(guò)imagej軟件對(duì)晶粒尺寸進(jìn)行計(jì)算，1-2圖平均晶粒尺寸為9μm，1-1圖平均晶粒尺寸為8μm。由于試驗(yàn)鋼含有較高的Nb和Ti微合金元素，這些元素會(huì)提高鋼種的再結(jié)晶溫度，試驗(yàn)鋼的終軋溫度為880℃，此時(shí)在高速大壓下的變形條件下，隨著壓下率的增加，奧氏體晶粒伸長(zhǎng)，同時(shí)晶粒內(nèi)有大量的形變帶。A-F相變時(shí)，在奧氏體晶界和變形帶上都促使A形核，使A的形核點(diǎn)增多，F(xiàn)晶粒進(jìn)一步細(xì)化，同時(shí)前端集中冷卻以較快的冷速使軋后的鋼板快速進(jìn)入鐵素體形核溫度區(qū)間，使鐵素體晶粒得到充分的細(xì)化，加上后續(xù)適當(dāng)緩冷，使得鐵素體晶粒均勻化[4-6]。

圖1 不同層冷工藝試樣的金相組織

經(jīng)過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同層冷工藝的試樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。兩種層冷工藝的試樣力學(xué)性能全部合格，但工藝為前段集中冷卻模式的試樣力學(xué)性能高于工藝為后段集中冷卻模式的試樣。

表3 力學(xué)性能

2.2 卷取溫度對(duì)組織性能的影響

不同卷取溫度試樣的金相組織如圖2所示。從圖中可觀察到圖2-1為多邊形體素體和珠光體，圖2-2組織由多邊形鐵素體、準(zhǔn)多邊形鐵素體和少量珠光體組成；對(duì)比圖2-1和圖2-2可以觀察到，卷取溫度為620℃時(shí)，組織為針狀、長(zhǎng)條狀或邊界無(wú)規(guī)則的多邊形狀（圖2中亮白凸起部分為鐵素體晶界）的鐵素體，當(dāng)溫度為640℃卷取時(shí)，不規(guī)則的鐵素體晶粒較少，且晶粒尺寸明顯增大，鐵素體晶界明顯變的清晰、平整。在不同的卷取溫度下為了定量對(duì)比的晶粒尺寸，采用Imagepro plus軟件和截線法，測(cè)量卷取溫度為620℃、640℃時(shí)，鐵素體平均晶粒尺寸分別為8.8 um、8.3 um。

圖2 不同卷取溫度試樣的金相組織

兩種試驗(yàn)鋼的析出物形貌如圖3，圖4所示，從圖中可以觀察到鐵素體晶粒內(nèi)分布均勻的圓形白色顆粒狀析出物，通過(guò)Imagepro plus軟件測(cè)量析出物平均直徑為200 nm左右。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)鋼中的大量白色小顆粒和基體進(jìn)行EDS點(diǎn)掃描分析。卷取溫度為640℃掃描結(jié)果如圖3所示，卷取溫度為620℃掃描結(jié)果如圖4所示。試驗(yàn)鋼中的析出物均為T(mén)i和Nb的碳化物，說(shuō)明主要差異在于析出物的含量不同，而析出物的種類(lèi)卻沒(méi)有明顯差異。

圖3 卷取溫度640℃掃描圖片及EDS

圖4 卷取溫度620℃掃描圖片及EDS

卷取溫度為620℃時(shí)，此時(shí)相變區(qū)冷速較快，使得晶粒得到細(xì)化，針狀鐵素體和多邊形鐵素體增加，細(xì)晶強(qiáng)化提高了基體組織的強(qiáng)度，由于溫度降幅小，細(xì)晶強(qiáng)化效果弱于析出強(qiáng)化效果，從而導(dǎo)致卷取溫度為640℃時(shí)強(qiáng)度相對(duì)于620℃時(shí)略有增加。在卷取溫度為620℃時(shí)，使得中心帶狀組織大幅度減少，組織更加均勻，（Ti，Nb）C復(fù)合析出物增多，組織均勻化和析出物的沉淀強(qiáng)化兩大強(qiáng)化方式使的基體強(qiáng)度相對(duì)于卷取溫度為620℃顯著提高[7-8]。因此，如表4所示，卷取溫度為640℃時(shí)，性能最好。

表4 力學(xué)性能

3 結(jié)論

1）在軋后不同的冷卻工藝中，前段集中冷卻模式所得到產(chǎn)品強(qiáng)度高于后段集中冷卻模式所得到的產(chǎn)品強(qiáng)度。

2）在相同的冷卻模式條件下，卷取溫度的降低，有效的提高了鋼材的抗拉強(qiáng)度，屈強(qiáng)比也隨著提高，從而為510L鋼升級(jí)軋制工藝的制定奠定了基礎(chǔ)。