本鋼集團(tuán)有限公司，遼寧　本溪　117000

摘要: 低合金高強(qiáng)鋼廣泛應(yīng)用于汽車板的加強(qiáng)件，為了更好地適應(yīng)汽車零部件成形，改善屈強(qiáng)比，提高延伸率，文章探討了不同含量的Ti對(duì)低合金高強(qiáng)鋼組織性能的影響。結(jié)果表明，在熱軋、冷軋工藝相同的條件下，隨著合金元素Ti的含量增多屈服強(qiáng)度明顯升高，Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加0.01%，冷軋板屈服強(qiáng)度增大10~15 MPa，抗拉強(qiáng)度增加20~30 MPa，冷軋金相組織為F+(M-A)組元+B少量，隨合金成分Ti含量升高，晶粒度變小。

低合金高強(qiáng)鋼具有較高的強(qiáng)度、良好的成形性能和焊接性能，廣泛應(yīng)用于汽車板的加強(qiáng)件，但是在生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)屈強(qiáng)比低、難以控制等因素，使得廠家在沖壓時(shí)不能滿足要求。為了更好地適應(yīng)汽車零部件成形，改善屈強(qiáng)比，提高延伸率，研究者發(fā)現(xiàn)在鋼中加入鈮、釩、鈦等合金元素，通過(guò)晶粒的細(xì)化使得屈服強(qiáng)度提高，延伸率有所改善，從而更好的滿足客戶需求。本文通過(guò)控制Ti合金的加入量對(duì)再結(jié)晶奧氏體晶粒的細(xì)化進(jìn)行探討，從而極大地改善低合金高強(qiáng)鋼的屈強(qiáng)比[1]。

1.   實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1   實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分

影響低合金鋼性能的因素有很多，其中合金成分是一個(gè)重要的因素，尤以Nb+Ti最為顯著。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況，在熱軋、冷軋工序工藝基本相同的條件下，對(duì)冷軋成品組織性能進(jìn)行檢驗(yàn)分析，從而得出不同含量Ti對(duì)鋼性能的影響。幾爐實(shí)驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成分及Ti含量見(jiàn)表1。

表  1  各爐鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

編號(hào)	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti
1#	≤0.07	≤0.5	≤1.5	≤0.02	≤0.008	≤0.05	0.005
2#	≤0.07	≤0.5	≤1.5	≤0.02	≤0.008	≤0.05	0.015
3#	≤0.07	≤0.5	≤1.5	≤0.02	≤0.008	≤0.05	0.025
4#	≤0.07	≤0.5	≤1.5	≤0.02	≤0.008	≤0.05	0.035

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1.2   各工序工藝情況

實(shí)驗(yàn)鋼熱軋工藝溫度按照設(shè)定工藝執(zhí)行。軋制出4塊規(guī)格為3.0 mm×1550 mm的熱軋卷。

連退加熱溫度、保溫溫度、緩冷溫度、快冷溫度，過(guò)時(shí)效溫度控制在工藝設(shè)定范圍內(nèi)，成品厚度為1.5 mm，連退速度控制在100 m/min，具體工藝流程如圖1所示。冷軋實(shí)際控制溫度見(jiàn)表2。

圖  1  連續(xù)退火工藝流程圖

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表  2  冷軋實(shí)際控制溫度

加熱溫度/℃	保溫溫度/℃	緩冷溫度/℃	快冷溫度/℃	厚度/mm
820±10	820±10	650±10	430±10	1.5

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1.3   組織及性能檢測(cè)

冷軋連退生產(chǎn)成品卷后，在不同位置取樣制作試樣，在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。金相試樣進(jìn)行樣品打磨、拋光，用Lepera試劑腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡觀察組織形態(tài)[3]。

2.   實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1   力學(xué)性能

在冷軋卷中部位置取試樣進(jìn)行加工，分三個(gè)方向進(jìn)行檢驗(yàn)，每個(gè)方向取6個(gè)試樣最后取平均值，研究各向異性，出廠性能和用戶質(zhì)保書(shū)性能主要是垂直軋向方向性能指標(biāo)。

冷軋力學(xué)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率性能檢驗(yàn)均值見(jiàn)表3，三個(gè)不同方向檢驗(yàn)性能見(jiàn)表4。從性能檢驗(yàn)結(jié)果分析得出，出廠檢驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)中心取樣檢驗(yàn)結(jié)果相近。隨著Ti含量的增加屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均增大，延伸率變化不大。Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加0.01%，屈服強(qiáng)度增加10~15 MPa，抗拉強(qiáng)度增加20~30 MPa。從試樣的三個(gè)方向性實(shí)驗(yàn)來(lái)看，0°方向（平行軋向方向）屈服和抗拉強(qiáng)度最大，45°方向屈服和抗拉強(qiáng)度最小，屈服強(qiáng)度差值在10 MPa左右，抗拉強(qiáng)度在15 MPa左右，延伸率變化不大。

表  3  試樣橫向平均性能值

編號(hào)	屈服強(qiáng)度/MPa	抗拉強(qiáng)度/ MPa	延伸率A80/%
1#	480	630	21.5
2#	495	660	19
3#	509	679	19
4#	527	690	20

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表  4  試樣三個(gè)方向性能平均值

編號(hào)	方向/（°）	屈服強(qiáng)度/ MPa	抗拉強(qiáng)度/MPa	延伸率A80/%
1#	90	480	630	21.5
	45	475	624	20
	0	487	639	21
2#	90	495	660	19
	45	490	651	18
	0	501	668	19
3#	90	509	679	19
	45	498	667	17
	0	515	688	18
4#	90	527	690	20
	45	517	677	17
	0	535	698	18

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2.2   金相組織

對(duì)不同Ti含量的試樣進(jìn)行金相觀察，發(fā)現(xiàn)試樣組織均為F+(M-A)組元+B少量，但晶粒度不同，1#12，4#13.9，并且Ti含量越多晶粒度越小、強(qiáng)度越大（圖2）。圖3為熱軋卷曲溫度600 ℃下熱軋卷中的微合金析出物形貌及能譜分析。從圖中可以看出析出物大多為幾十nm到300 nm的(Ti,Nb)C，細(xì)化的晶粒可以阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，延遲熱變形過(guò)程中的再結(jié)晶，改變?cè)俳Y(jié)晶動(dòng)力學(xué)以及形成析出物[2]，從而提高材料強(qiáng)度并改善韌性。

圖  2  不同Ti含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）試樣金相組織：（a）0.005%（1#）；（b）0.035%（4#）

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圖  3  熱軋卷曲溫度600 °C下熱軋卷中的微合金析出物形貌及能譜分析

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2.3   Ti元素強(qiáng)化機(jī)制

Nb、Ti合金元素的加入形成的氧化物、硫化物、碳化物和氮化物對(duì)鋼的性能產(chǎn)生明顯影響[3]，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有少量的溶質(zhì)對(duì)晶界或相界遷移有一定的影響。成形性和焊接性要求低含量的非金屬夾雜，因此必須避免相對(duì)粗大的氧化物和硫化物的出現(xiàn)。而對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼來(lái)說(shuō)提高屈強(qiáng)比的同時(shí)，要保證良好的延伸性和成形性，微合金化元素在熱軋帶鋼生產(chǎn)過(guò)程的多面作用取決于它以固溶還是析出形式存在。在熱軋過(guò)程中一方面要阻止晶粒長(zhǎng)大與再結(jié)晶，另一方面要控制相變。合金元素的加入對(duì)于熱軋的晶粒產(chǎn)生影響，熱軋晶粒越小冷軋產(chǎn)品組織晶粒也細(xì)小，微合金化影響再結(jié)晶退火后的晶粒尺寸。隨著Nb、Ti合金元素的加入量增多，強(qiáng)度也顯著增強(qiáng)[4]。

3.   結(jié)束語(yǔ)

（1）在Nb含量固定的情況下，低合金高強(qiáng)鋼隨著Ti含量的增加強(qiáng)度逐漸增大，延伸率基本不變。Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加0.01%，屈服強(qiáng)度增加10~15 MPa，抗拉強(qiáng)度增加20~30 MPa。通過(guò)增加Ti含量解決低合金高強(qiáng)鋼HC500LA級(jí)別以上的強(qiáng)度問(wèn)題，提高屈強(qiáng)比，能夠更好的適應(yīng)市場(chǎng)需求。

（2）低合金高強(qiáng)鋼表現(xiàn)出各向異性，其中與軋制方向平行方向的強(qiáng)度最大，45°方向最小，屈服強(qiáng)度差值在10 MPa左右，抗拉強(qiáng)度在15 MPa左右。

（3）冷軋板組織為F+(M-A)組元+B少量，晶粒度在10~14，并且隨著Ti含量的增加晶粒逐漸減小、強(qiáng)度逐漸增大。