熱軋Q&P鋼的熱處理試驗研究

劉 冰,朱萬軍,曹 藝,李瑩瑩,劉富東

（遼寧科技學院 遼寧省本溪低品位非伴生鐵礦優化應用重點實驗室,遼寧 本溪 117000）

隨著汽車行業飛速發展，能源問題備受社會關注，先進高強鋼成為汽車行業首選，高性能高強鋼將占汽車用鋼的主流[1-3]。Q&P鋼具有高強度和良好的塑韌性，主要應用于汽車結構件中。Q&P工藝原理是加熱到奧氏體化區（或兩相區）等溫保溫一段時間后快速冷卻到Ms和Mf間的淬火溫度并保溫，產生適量的馬氏體，隨后升溫到配分溫度并恒溫一段時間，確保殘留奧氏體富碳過程完成[4-7]。Q&P鋼室溫組織是貧碳的板條馬氏體和富碳殘留奧氏體，馬氏體組織保證了鋼的強度，鋼的強度最高可以達到1500 MPa，而對應塑性仍有15%[8-9]。

為研究熱處理工藝對熱軋Q&P鋼組織和性能的影響，在實驗室進行冶煉和軋制之后 ，對熱軋鋼板采用不同緩冷溫度和配分時間進行熱處理，分析不同工藝參數對熱軋Q&P鋼組織和性能的變化規律。

1 試驗材料和試驗方法

化學成分是鋼良好性能的基礎。Q&P鋼中添加合適的C、Mn、Si元素可以提升鋼板的強度。本試驗用鋼的成分如表1所示，利用冶金實驗基地真空感應爐冶煉，并熱鍛成30mm厚板坯，利用軋鋼實驗室300熱軋機經8道次軋成軋成2.7mm熱軋鋼板，軋制規程如表2所示。利用JMatpro軟件進行相變溫度仿真分析，分析表明奧氏體轉變溫度在690℃～830℃。利用公式計算出馬氏體開始轉變溫度Ms為375℃，結束轉變溫度Mf為160℃。

表1 試驗鋼化學成分（%）

表2 熱軋壓下規程

本試驗的熱處理退火工藝方案一是將試驗鋼加熱至900℃，保溫240s，然后緩冷（空冷）至700℃、750℃和800℃，接著快速冷卻（油冷）至350℃配分溫度，保溫180s，進行配分處理，然后快速冷卻至室溫，通過對其力學性能的檢測，分析緩冷段溫度對其組織性能的影響。方案二是將試驗鋼加熱至900℃，保溫240s，然后緩冷（空冷）至750℃，接著快速冷卻（油冷）至350℃配分溫度，保溫120s、180s和240s，進行配分處理，然后快速冷卻至室溫，通過對其力學性能的檢測，分析配分時間對其組織性能的影響。熱處理試驗結束后利用掃描電鏡分析其微觀組織，利用100KN萬能材料試驗機檢測其力學性能。如圖1、圖2所示。

圖1 緩冷段溫度的對比

圖2 配分時間的對比

2 試驗結果與分析

Q&P鋼力學性能檢測結果如表所示3所示。對比1#，2#，3#力學性能結果，分別緩冷至700℃，750℃和800℃的試驗鋼，隨著緩冷溫度的升高，抗拉強度逐漸降低，延伸率逐漸降低。對比4#，2#, 5#力學性能結果，淬火至350℃，分別配分120s ，180s和240s的試驗鋼，隨著配分時間的加長，抗拉強度逐漸降低，延伸率逐漸降低。

表3 試驗鋼力學性能結果

通過對試驗鋼組織分析，1#，2#，3#試驗鋼，分別緩冷至700℃，750℃和800℃， 1#為大量鐵素體和珠光體組織，2#組織為相對1較少的鐵素體和珠光體組織，3#為鐵素體，珠光體和少量粒狀貝氏體，并且3#組織較為粗大，1#組織最細。4#，2#，5#試驗鋼，分別是淬火至350℃，分別配分120s，180s和240s，可以看出，2#組織為鐵素體和珠光體組織，4#為鐵素體，珠光體加少量粒狀貝氏體，5#為鐵素體，珠光體，和粒狀貝氏體組織，其中5#組織最粗大。

1# 緩冷至700℃; (b) 2# 緩冷至 750℃; (c) 3# 緩冷至800℃; (d) 4#配分時間120s; (e) 5# 配分時間240s

通過對Q&P鋼熱軋實驗研究，從力學性能和組織分析結果來看，熱軋Q&P鋼的性能和組織與常規冷軋方式有著一定的差距，可能存在兩方面原因，第一，由于直接采用熱軋實驗方法，沒有經過冷軋實驗的進一步壓縮和加工硬化，導致軋制后的組織比較粗大，性能較冷軋后熱處理的Q&P鋼低，此原因可通過進一步減薄熱軋板厚度來改善；第二，熱處理工藝過程中的快速冷卻段，快速冷卻速度稍低，導致最終組織為鐵素體、珠光體和少量貝氏體，此原因可以通過提升快速冷卻速度來改善。根據試驗鋼的試驗結果，其規律性可為冷軋熱處理試驗參數的設定提供參考，如能實現熱軋Q&P鋼的開發，將減少生產工藝縮短生產周期。根據實際試驗鋼的力學性能，可作為汽車面板使用，其強度和延伸率可以滿足汽車面板需求。

圖3 不同熱處理工藝下試驗鋼的掃描組織

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