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以低碳Si-Mn 汽車用雙相鋼為研究對象，研究了回火溫度與回火時(shí)間對雙相鋼組織與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：相對于回火時(shí)間，回火溫度對力學(xué)性能與組織的影響較大。通過適宜的熱處理制度，冷軋雙相鋼可獲得良好的強(qiáng)塑性結(jié)合。
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對新一代汽車用鋼提出了越來越高的要求，通過控制亞穩(wěn)奧氏體相變和多相組織的形成，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化、超高強(qiáng)度化和高塑性化，從而保證汽車輕量化和提高碰撞安全性是其重要的發(fā)展方向。近年來，雙相鋼由于優(yōu)良的綜合性能而廣泛受到科研工作者的關(guān)注并成功在汽車工業(yè)中快速應(yīng)用。目前的研究結(jié)果表明，對雙相汽車用鋼進(jìn)行回火或時(shí)效處理后，汽車用鋼的綜合力學(xué)性能可以得到很好地改善，然而研究大多集中在Si-Mn 元素含量較高的雙相鋼中，由于冷軋變形后晶粒較細(xì)，水淬冷卻后雙相析出動(dòng)力大，與其他雙相鋼的回火或時(shí)效處理對性能的影響有一定的差異。本文的目的也在于通過研究低碳Si-Mn雙相鋼在不同熱處理制度下的組織與力學(xué)性能變化，以期更好地為高強(qiáng)汽車用鋼的發(fā)展與推廣應(yīng)用提供必要的參考。
1、實(shí)驗(yàn)材料與方法
實(shí)驗(yàn)原料采用國內(nèi)用量較大的某公司生產(chǎn)的低碳Si-Mn 冷軋雙相鋼，厚度為1.2mm，其化學(xué)成分見表1。
表1 實(shí)驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)
實(shí)驗(yàn)用鋼經(jīng)鍛造和熱軋后再進(jìn)行冷軋，酸軋出口厚度1.2mm，軋制變形量約68%。試驗(yàn)所用材料都為沿平行軋向方向取自軋板中部，回火熱處理在通有惰性保護(hù)氣體的電爐中進(jìn)行，回火溫度分別為50、100、200、300、400、500 和600℃，保溫時(shí)間分別為2、4、6、8 和10min。保溫處理后取出樣品，試樣出爐后迅速放入室溫靜水中冷卻至室溫。
金相試樣經(jīng)取樣→磨制→拋光→浸蝕等幾個(gè)步驟。試樣取長為10mm 左右，采用砂輪切割后用砂輪及粗細(xì)砂紙磨平、用拋光機(jī)加金剛石研磨膏拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕后在OLYMPUS 金相顯微鏡上觀察不同熱處理制度下顯微組織的變化，拉伸力學(xué)性能采用標(biāo)距為50mm 的板狀拉伸試樣，試樣截取按平行軋制方向截取，在MTS810萬能拉伸機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，對各組試樣進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)，得到屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率等性能指標(biāo)。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1、回火溫度對鋼板力學(xué)性能的影響
圖1 為不同回火溫度保溫10 min 后的試樣的拉伸力學(xué)性能的變化曲線。可以看出，冷軋后進(jìn)行較低溫度的回火，試樣具有很高的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度，但伸長率較低，僅為6%。隨回火溫度的升高，試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度呈逐漸降低的趨勢，而伸長率逐漸上升。在回火溫度為200～300℃時(shí)，試樣的力學(xué)性能發(fā)生了較為顯著的變化，試樣屈服強(qiáng)度下降明顯，之后進(jìn)入平穩(wěn)下降的趨勢。在50～600℃回火過程中，抗拉強(qiáng)度降低幅度約為45%，屈服強(qiáng)度降低幅度約為34%，伸長率上升幅度最大，為前者的4 倍。
2.2、回火時(shí)間對板材力學(xué)性能的影響
由圖1 與圖2 可看出，試樣在300℃回火保溫10min 后，具有較高的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的塑性，屈強(qiáng)比也保持在一個(gè)較低的水平。因此，熱處理網(wǎng)(http://rechuli.chvacuum.com/)認(rèn)為選取回火溫度為300℃，對試樣進(jìn)行了不同保溫時(shí)間下對試樣力學(xué)性能的影響的測試，結(jié)果如圖3所示。可看出，隨回火時(shí)間的延長，試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度緩慢降低，而伸長率逐漸增加。力學(xué)性能變化較為明顯的階段發(fā)生在發(fā)生在回火2～4 min階段，之后抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度進(jìn)入一個(gè)較為平緩的變化過程。
2.3、板材的顯微組織
圖4 為不同熱處理制度下的試樣的金相顯微組織。酸軋熱處理后的試樣為明顯的馬氏體和鐵素體雙相組織，見圖4(a)，可以看出，試樣的組織比較均勻，其中白色部分為馬氏體組織，灰色的部分為鐵素體組織，在整個(gè)晶粒中呈網(wǎng)狀連接，經(jīng)過馬氏體百分含量的定量檢測，該試樣中的馬氏體百分含量約為26%。
在300℃回火，相對于未回火處理的圖4(a)，在回火2min 內(nèi)，雙相組織沒有發(fā)生基本變化，隨保溫時(shí)間的進(jìn)一步延長，至保溫10 min 時(shí)，馬氏體表面開始逐漸淡化模糊，但是總體上保持著雙相組織的形態(tài)；隨回火溫度的升高，馬氏體島開始分解，白色的馬氏體相內(nèi)開始出現(xiàn)滲碳體組織，當(dāng)溫度升高至600℃時(shí)，馬氏體島組織已經(jīng)基本消失，晶粒內(nèi)部比較干凈。
圖4 不同熱處理制度下的金相顯微組織
2.4、分析與討論
實(shí)驗(yàn)用低碳Si-Mn 雙相鋼由于合金化元素含量較高，使得酸軋后雙相鋼具有較高的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度，由于冷軋變形量較大(68%)，板材的伸長率較低。通過不同的回火熱處理調(diào)控，可以在適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫认氯〉幂^好的強(qiáng)塑性組合，例如300℃保溫10min。
雙相鋼在不同熱處理制度處理后，金相顯微組織發(fā)生了不同程度的變化。在較低溫度下回火，組織中的馬氏體與鐵素體組織不會(huì)發(fā)生明顯變化，對應(yīng)于力學(xué)性能上則體現(xiàn)為試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度以及伸長率的變化，在回火過程中，冷軋狀態(tài)下的鐵素體組織中大量不均勻位錯(cuò)將發(fā)生重新排列，馬氏體組織開始逐步軟化分解，也即是發(fā)生硬相分解過程。溫度越高，則試樣的強(qiáng)度越低，而伸長率愈高。如果回火溫度過低，例如300℃以下回火，馬氏體島組織變化很小，力學(xué)性能與組織的變化都較小。當(dāng)回火溫度超過300℃，伴隨著位錯(cuò)減少和馬氏體分解，屈服強(qiáng)度下降幅度較大，因此出現(xiàn)了如圖2 所示的屈強(qiáng)比的一個(gè)低值。之后隨著溫度繼續(xù)升高，馬氏體分解逐漸加劇并趨于完成，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度都出現(xiàn)明顯下降，而伸長率大幅度上升。
3、結(jié)論
(1) 隨回火溫度的升高，試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度逐漸降低，而伸長率逐漸升高。在200～300℃回火，力學(xué)性能的變化較為顯著。
(2) 隨回火時(shí)間的延長，試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度緩慢降低，而伸長率逐漸增加。力學(xué)性能變化較為明顯的階段發(fā)生在發(fā)生在回火時(shí)間4min 內(nèi)。
(3) 酸軋后的試樣為馬氏體和鐵素體雙相組織，較低溫度下不同回火時(shí)間處理，試樣保持著雙相組織的特征。隨退火溫度的進(jìn)一步上升，馬氏體組織逐漸軟化分解，至600℃回火時(shí)，馬氏體組織消失。
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實(shí)驗(yàn)用低碳Si-Mn 雙相鋼由于合金化元素含量較高，使得酸軋后雙相鋼具有較高的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度，由于冷軋變形量較大(68%)，板材的伸長率較低。通過不同的回火熱處理調(diào)控，可以在適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫认氯〉幂^好的強(qiáng)塑性組合，例如300℃保溫10min。
雙相鋼在不同熱處理制度處理后，金相顯微組織發(fā)生了不同程度的變化。在較低溫度下回火，組織中的馬氏體與鐵素體組織不會(huì)發(fā)生明顯變化，對應(yīng)于力學(xué)性能上則體現(xiàn)為試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度以及伸長率的變化，在回火過程中，冷軋狀態(tài)下的鐵素體組織中大量不均勻位錯(cuò)將發(fā)生重新排列，馬氏體組織開始逐步軟化分解，也即是發(fā)生硬相分解過程。溫度越高，則試樣的強(qiáng)度越低，而伸長率愈高。如果回火溫度過低，例如300℃以下回火，馬氏體島組織變化很小，力學(xué)性能與組織的變化都較小。當(dāng)回火溫度超過300℃，伴隨著位錯(cuò)減少和馬氏體分解，屈服強(qiáng)度下降幅度較大，因此出現(xiàn)了如圖2 所示的屈強(qiáng)比的一個(gè)低值。之后隨著溫度繼續(xù)升高，馬氏體分解逐漸加劇并趨于完成，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度都出現(xiàn)明顯下降，而伸長率大幅度上升。
3、結(jié)論
(1) 隨回火溫度的升高，試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度逐漸降低，而伸長率逐漸升高。在200～300℃回火，力學(xué)性能的變化較為顯著。
(2) 隨回火時(shí)間的延長，試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度緩慢降低，而伸長率逐漸增加。力學(xué)性能變化較為明顯的階段發(fā)生在發(fā)生在回火時(shí)間4min 內(nèi)。
(3) 酸軋后的試樣為馬氏體和鐵素體雙相組織，較低溫度下不同回火時(shí)間處理，試樣保持著雙相組織的特征。隨退火溫度的進(jìn)一步上升，馬氏體組織逐漸軟化分解，至600℃回火時(shí)，馬氏體組織消失。
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