孫成錢(qián) 時(shí)曉光 董 毅 劉仁東 徐榮杰 張 宇

(鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009)

近年來(lái)，隨著汽車業(yè)的高速發(fā)展，汽車制造商對(duì)鋼鐵材料性能的個(gè)性化要求日益提高。作為車輛的重要組成部件，汽車底盤(pán)部件和車輪等由于形狀復(fù)雜，且在制造過(guò)程中需要進(jìn)行包括拉伸翻邊、彎曲、擴(kuò)孔等成形方式，因此對(duì)鋼板的成形性能，尤其是擴(kuò)孔性能(延伸凸緣性能)提出了較高的要求[1- 4]。

熱軋酸洗鋼板是在熱連軋機(jī)上熱軋，隨后經(jīng)酸洗機(jī)組酸洗去除氧化鐵皮，其表面質(zhì)量和性能介于熱軋鋼板和冷軋鋼板之間，可部分替代熱軋鋼板和冷軋鋼板[5- 7]。目前鋼鐵市場(chǎng)行情嚴(yán)峻，熱軋酸洗鋼板的表面質(zhì)量比熱軋鋼板好，在保證表面質(zhì)量和使用性能的前提下，可使用戶的生產(chǎn)成本降低，對(duì)于鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，也是確保盈利的產(chǎn)品之一。

本文通過(guò)1 780 mm熱連軋機(jī)熱軋和1 700 mm酸洗機(jī)組酸洗，試制了含鈮和不含鈮兩種成分的鋼板，并研究了添加鈮對(duì)鋼板的組織和性能的影響。

1 試制鋼板的化學(xué)成分及試制工藝

兩種試制鋼板的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

試制鋼板在1 780 mm熱連軋機(jī)上熱軋，隨后在1 700 mm酸洗機(jī)組上酸洗試制。試制工藝路線為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→連鑄→加熱→軋制→層流冷卻→卷取- 開(kāi)卷- 酸洗- 卷取。具體工藝參數(shù)為：將厚度為230 mm的連鑄坯加熱至1 250 ℃，保溫約2 h后熱軋，精軋的終軋溫度為880～900 ℃，鋼板出精軋機(jī)組后以大于50 ℃/s的冷速冷卻至660～690 ℃卷取，然后鹽酸酸洗，成品鋼板的厚度為3.0 mm。

表1 試制鋼板的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical compositions of the trial- produced steel plates (mass fraction) %

鋼板經(jīng)熱軋及酸洗、卷取后，沿其1/4寬度處切取試塊，并制備金相試樣、拉伸試樣及擴(kuò)孔試樣。金相試樣經(jīng)研磨、拋光及4%硝酸酒精腐蝕后，采用光學(xué)顯微鏡對(duì)其顯微組織進(jìn)行觀察分析。利用碳膜萃取復(fù)型技術(shù)制備投射電鏡樣品，在Tecnai G220型透射電鏡上觀察析出物的形貌和分布，并采用X射線能量色散譜儀分析析出物成分。沿鋼板縱向截取標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，標(biāo)距為50 mm，采用Z100型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。切取100 mm×100 mm的正方形試件， 并在試件中心沖制φ10 mm的圓孔，在ITC SP225萬(wàn)能板材成型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)孔試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鈮的添加對(duì)鋼板顯微組織的影響

含鈮和不含鈮鋼板經(jīng)熱軋及酸洗后的顯微組織見(jiàn)圖1。由圖1可知，兩種成分試制鋼板的顯微組織均由鐵素體和珠光體組成。由于化學(xué)成分的不同，鋼板的組織形貌具有一定的差異。與不含鈮鋼相比，含鈮鋼中的鐵素體含量較多，珠光體含量較少，且晶粒更加細(xì)小。含鈮鋼中添加了Nb元素，在高溫時(shí)Nb固溶于奧氏體基體中，能夠抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大[8]，細(xì)化原始奧氏體晶粒并最終達(dá)到細(xì)化鐵素體晶粒的作用；同時(shí)，Nb元素的添加能夠提高鋼的未再結(jié)晶溫度，使鋼在熱軋機(jī)組的后部機(jī)架處于未再結(jié)晶區(qū)，增加應(yīng)變積累，提高奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力，細(xì)化鋼板組織；此外，Nb與C元素形成的NbC析出能夠提高鐵素體基體強(qiáng)度。

圖2為在透射電鏡下觀察到的含鈮鋼中的析出物形貌，能譜分析顯示為Nb的碳化物NbC，析出物呈圓形和橢圓形，尺寸約20 nm，主要分布于鐵素體基體中。NbC的析出有利于鋼板的屈服強(qiáng)度和擴(kuò)孔性能的提高。

圖1 試制鋼板的顯微組織Fig.1 Microstructures of the trial- produced steel plates

圖2 含鈮鋼中析出物形貌及其能譜分析Fig.2 Morphologies and energy spectrum analysis of precipitates in Nb containing steel

2.2 鈮的添加對(duì)鋼板力學(xué)性能及擴(kuò)孔性能的影響

試制鋼板的力學(xué)性能及擴(kuò)孔性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，兩種試制鋼板的力學(xué)性能良好，抗拉強(qiáng)度高于460 MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到310 MPa以上，斷后伸長(zhǎng)率高于34%。含鈮鋼的屈服強(qiáng)度比不含鈮鋼高約40 MPa，但斷后伸長(zhǎng)率差異不大，這主要是由于Nb元素的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用所導(dǎo)致。另外，含鈮鋼的擴(kuò)孔率也明顯高于不含鈮鋼的，提高了約1倍。這是由于，一方面Nb元素細(xì)化了鋼板的組織，晶界數(shù)量增多，鋼板開(kāi)裂時(shí)位錯(cuò)滑移貫穿晶界需要克服的晶界能增加，使開(kāi)裂難度增大，有利于擴(kuò)孔率的提高；另一方面，鐵素體基體上彌散分布的細(xì)小NbC通過(guò)析出強(qiáng)化提高了鐵素體基體的強(qiáng)度，縮小了鐵素體與珠光體兩相的強(qiáng)度差，從而提高了鋼板的擴(kuò)孔性能。

表2 試制鋼板的力學(xué)性能和擴(kuò)孔率Table 2 Mechanical properties and hole expanding ratio of the trial- produced steel plates

3 應(yīng)用

試生產(chǎn)的含鈮和不含鈮鋼板已在某汽車廠成功沖壓成汽車零件，如圖3所示。

4 結(jié)論

圖3 含鈮和不含鈮鋼板沖壓的汽車零件Fig.3 Automotive parts made from the trial- produced steel plates with and without Nb by stamping

(1)通過(guò)1 780 mm熱連軋機(jī)熱軋和1 700 mm酸洗機(jī)組酸洗試制的含鈮和不含鈮兩種成分的鋼板的顯微組織主要由鐵素體和珠光體組成，抗拉強(qiáng)度高于460 MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到310 MPa以上，斷后伸長(zhǎng)率高于34%。

(2)Nb元素的添加，除細(xì)化了鋼板的組織外，還提高了鐵素體基體的強(qiáng)度，縮小了鐵素體與珠光體的強(qiáng)度差。與不含鈮鋼相比，含鈮鋼的屈服強(qiáng)度和擴(kuò)孔率分別提高了約40 MPa和1倍。