偏析對27MnCrB5性能的影響

張春花， 宮巨龍， 楊忠梅

（河鋼集團唐山不銹鋼有限責任公司， 河北 唐山 063105）

隨著國內(nèi)汽車行業(yè)向著輕量化的方向發(fā)展，汽車上應(yīng)用高強鋼，可以在保證安全性的前提下有效地減輕車身質(zhì)量，降低車輛百公里燃油消耗，對節(jié)能環(huán)保事業(yè)具有很強地推動作用。27MnCrB5汽車空心穩(wěn)定桿鋼由于其強度高延伸性好，熱軋態(tài)的抗拉強度一般在700 MPa以下，淬火后強度可提升至1500 MPa以上,可以用厚度10~12 mm的鋼替代超厚規(guī)格20 mm的鋼，從而達到減輕車身整體質(zhì)量的效果，已被各大鋼鐵企業(yè)爭相開發(fā)，以占領(lǐng)汽車鋼市場。唐山不銹鋼公司（全文簡稱唐鋼）在1580熱軋產(chǎn)線生產(chǎn)27MnCrB5過程中，組織出現(xiàn)反偏析，偏析存在于上下表面三分之一區(qū)域內(nèi)，中間為無偏析的帶狀組織，俗稱反偏析、逆偏析或三明治偏析。雖然性能滿足協(xié)議要求，但為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，對產(chǎn)品性能的影響，對鋼卷進行拉伸試驗均勻性、不同溫度沖擊試驗均勻性分析，以便改進工藝。

1 檢測數(shù)據(jù)

1.1 成分和性能檢測數(shù)據(jù)

材料合金成分：w（C）=0.28%，w（Si）=0.25%，w（Mn）=1.25%，w（S）=0.004%，w（P）=0.018%，w（Alt）=0.003%，w（Cr）=0.39%，w（Ti）=0.035%，w（B）=0.003% ，w（N）=0.0036%；性能為 Rm=631 MPa，ReL=417 MPa，A=24.5%，滿足設(shè)計要求范圍。材料采用復(fù)合微合金強化，發(fā)揮Cr、B的細晶強化和沉淀強化作用，添加適量的硼，使27MnCrB5鋼的淬透性顯著提高[1]。

1.2 鑄坯低倍分析

嚴重的中心偏析會導(dǎo)致產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)沖壓分層、沖壓開裂、折彎開裂、沖擊功不合等質(zhì)量問題[2]。對軋制前的鑄坯低倍組織進行調(diào)取查看分析，如圖1為中心偏析C類0.5級，屬于偏析較輕微。

圖1 鑄坯低倍圖片

1.3 顯微組織

金相樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下進行顯微組織觀察和采集，得到的組織如圖1所示。鋼中非金屬夾雜物的不合理分布，嚴重惡化鋼的性能，且會導(dǎo)致產(chǎn)品成材率降低[3]。試樣中夾雜物為D類細系0.5級，未達到影響性能的程度。材料由珠光體和鐵素體構(gòu)成，珠光體中片層明顯。上下距表面1/3區(qū)域為珠光體偏析層,中間為帶狀層帶狀組織2級晶粒度11級，圖1所示。珠光體偏析帶的存在會明顯降低鋼材的塑性和冷成型性能，以及阻止裂紋擴展能力，并可能使得韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而使鋼的低溫沖擊韌性變差[4]。

2 試驗分析

為了研究偏析對鋼板性能的影響，進行不同位置不同方向拉伸均勻性試驗和系列冷卻溫度沖擊試驗。

圖2 顯微組織

2.1 拉伸性能均勻性試驗

從通寬樣板上制取不同位置拉伸試樣，進行試驗，檢驗結(jié)果見表1。可見性能均滿足設(shè)計要求且波動小，均勻性良好，說明拉伸性能不受偏析影響。

表1 拉伸試驗結(jié)果

2.2 系列低溫沖擊試驗

沖擊試驗用縱向V型缺口，試樣尺寸為10mm×10 mm×55mm，沖擊功數(shù)據(jù)見表2。可見隨著溫度的降低，沖擊功呈階梯狀下降，溫度每降低20℃，沖擊功下降20～30 J，脆性轉(zhuǎn)變?yōu)?20℃，生產(chǎn)的其他高強汽車用鋼基本為-40℃。通常來說，隨著高強鋼強度的提高，韌性也會降低，同時由于熱軋高強鋼組織比較復(fù)雜，因此其沖擊功存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

表2 沖擊試驗結(jié)果

3 生產(chǎn)工藝調(diào)整的討論

高強度微合金鋼強度的提高主要由超細晶粒來提供。在控軋中使用微合金元素，使之在鋼種形成碳、氮及碳氮化合物，利用在不同條件下產(chǎn)生溶解和析出機理起抑制晶粒長大及產(chǎn)生沉淀強化作用。碳在高強度鋼中是最有效的強化元素，同時也是形成珠光體組織的元素，能明顯降低塑形使韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。錳能與Fe無限固溶，在提高鋼材強度的同時，對塑性的影響相對較小，能細化鐵素體晶粒尺寸來提高沖擊性能。極微量的硼能夠顯著提高鋼的淬透性，使鋼的臨界冷卻速度大幅度降低。

降低碳含量，從而減少組織中的珠光體含量，由以往生產(chǎn) 26MnB5和 34MnB5的經(jīng)驗，w（C）由0.28%調(diào)整為0.26%，w（Mn）由1.25%調(diào)整為1.28%，w（B）由0.003%調(diào)整為0.002%。生產(chǎn)時需對鋼卷實行熱區(qū)堆放緩冷，以提高強度和強度的均勻性[5]。進行控軋控冷，終軋溫度由860℃調(diào)整為880℃，卷取溫度由700℃調(diào)整為720℃。控制軋后快速冷卻能產(chǎn)生強韌化效果，進一步細化鐵素體晶粒，使珠光體分布均勻。軋后立即開始層流冷卻，冷卻速度太高使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，最佳冷卻速度為7～15℃/s。

改進工藝后，反偏析現(xiàn)象消失，帶狀組織2級，晶粒度保持12級，強度平均升高20 MPa，沖擊功得到提升，見表3。

表3 改后沖擊試驗結(jié)果

4 結(jié)論

1）27MnCrB5顯微組織中存在異常的反偏析，拉伸性能不受影響。

2）偏析影響低溫沖擊功，沖擊功較低的主要原因是在鋼板厚度距離上下表面1/3區(qū)域有比較嚴重的珠光體偏析帶。

3）優(yōu)化成分降低碳硼含量提高錳含量，以減少組織中的珠光體含量,偏析程度得到緩解。

4）進行控軋控冷，調(diào)整終軋溫度和卷取溫度，提高冷卻速度，細化晶粒保證高強度，強度提高20MPa，脆性轉(zhuǎn)變溫度由-20℃降為-40℃。