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分享:基于淬火回火的热镀锌工艺对1000 MPa级双相钢组织性能的影响

汽车工业中减轻车身重量可以大大减少能耗和碳排放,在节能和环保的大背景下,为实现汽车轻量化和提高汽车安全性,利用具有较高减重潜力和碰撞吸收能等优势的先进高强度钢取代传统汽车用钢已成为必然趋势。先进高强钢具有高强度、良好的可成形性和优异的抗碰撞性能,已经在汽车制造中广泛应用,是最具前景的汽车结构材料[1],以包含软相铁素体和硬相马氏体的双相钢是最典型的先进高强钢,其较高的加工硬化率对成形以及汽车在碰撞过程中可能出现的撞击区稳定性至关重要。现代汽车的制造理念对于冷轧高强钢提出耐蚀性、优良的延展性、成形性等不同需求[2]。热镀锌双相钢兼备高强度、高塑性和良好的耐蚀性能,是最具潜力的汽车用钢之一,其合理化应用对实现汽车轻量化及提高安全性具有重要意义[3]。双相钢的组织性能由生产工艺所决定,包括化学成分设计、炼钢、热轧、冷轧和热镀锌退火工艺,生产高质量的热镀锌双相钢,就必须了解各个工艺阶段对其显微组织演变的影响,尤其是热镀锌退火工艺[4-6]。本文以工业生产的1000 MPa级热镀锌双相钢冷硬板在连退热模拟机上经不同温度淬火并回火处理的退火板为研究对象,重点分析基于淬火回火的热镀锌工艺对其组织性能的影响规律,为工业化生产工艺的优化提供必要的参考。

1. 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验材料成分设计采用低C-Si-Mn体系,适量添加微合金元素。成分设计中添加Cr、Mo用于提高实验材料的淬透性,元素Mo在镀锌工艺中相比Si和Mn更具优势,其不会导致镀锌工艺中钢板表面与熔融锌液润湿性的劣化[7]。Mo通常与微合金元素一起添加,本实验材料中在成分设计上选择添加Nb,以提高析出相的体积分数,细化析出相的尺寸并提高其热稳定性[8],有利于组织性能的调控。实验材料经转炉冶炼并连铸成板坯,板坯经热轧、酸洗最后冷轧为1.2 mm厚的冷硬板。其中,热轧工艺为:加热温度1240 ℃,终轧温度870 ℃,卷取温度640 ℃,热轧板厚度为2.8 mm;酸洗工艺为:酸洗温度为75~85 ℃,酸洗速度90~110 m/min。实验材料的化学成分见表1


1.2 实验方法

沿轧向取尺寸为450 mm×150 mm冷硬板利用连续退火热模拟实验机进行不同温度淬火并回火的热处理实验。退火工艺为以5 ℃/s加热到810 ℃保温260 s后以12 ℃/s的缓慢冷却速度冷却到710 ℃,之后再以40 ℃/s的快冷速度分别淬火至360、380、400和420 ℃,然后经45 s加热到460 ℃模拟热镀锌,最后以15 ℃/s的冷速空冷至室温,热镀锌退火工艺曲线见图1。将模拟镀锌退火后的试样制作成电镜试样,在扫描电镜下观察显微组织。将退火后的试样加工成50 mm标距的拉伸试样进行力学性能测试,并在扫描电镜下观察拉伸断口形貌。将断口沿中轴线剖开,在扫描电镜下观察断口附近的显微组织。


2. 实验结果与讨论

2.1 组织检验

图2为实验材料经不同淬火温度处理后的扫描电镜照片。实验材料成分设计中因添加了Nb,从图2可以看出,铁素体的晶粒细小尺寸约为2~4 μm,显微组织均为以岛状弥散分布的马氏体和铁素体基体组成,铁素体基体在轧制方向上伸长并且沿着马氏体岛弯曲,马氏体岛也在轧制方向上变形和伸长。随淬火温度的升高,马氏体体积分数呈降低趋势,同时在较高的淬火温度下,组织中部分马氏体回火倾向明显,板条界面开始模糊并出现合并,可能会伴有碳化物析出。

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