退火時間對細晶高強IF鋼組織和性能的影響

供稿|李冰 / LI Bing

內(nèi)容導讀

本文通過光學顯微鏡及透射電鏡觀察不同退火時間下含Ni高強IF鋼的顯微組織，研究不同退火時間下該高強IF鋼的位錯密度、第二相粒子的變化及其對性能的影響。該高強IF鋼在850℃進行退火，退火時間≥2 min時，鋼的力學性能趨于平穩(wěn)；繼續(xù)延長退火時間，當鋼中第二相因長大而使析出粒子總數(shù)量明顯減少時，鋼的塑性應(yīng)變比會有明顯的提升。

為了能夠有效保護乘、駕人員的安全和減少二氧化碳的排放量，近年來，高強度鋼板被越來越多的應(yīng)用在汽車車身上，以實現(xiàn)提高車身抗撞性能的同時減輕車身自重的目的。IF鋼由于其具有優(yōu)良的深沖性能被廣泛地用于汽車面板部件，開發(fā)出具有高強度的IF鋼對汽車工業(yè)的發(fā)展意義重大。隨著汽車工業(yè)減重、節(jié)能和提高安全性要求的提高，IF鋼的強度也需進一步提高。本文研究一種高Nb/C的高強IF鋼隨退火時間的延長其顯微組織和力學性能的變化情況。

實驗通過光學顯微鏡觀察不同退火時間下高強IF鋼的再結(jié)晶完成情況；對于第二相粒子的觀測，由于本文所研究的實驗鋼經(jīng)退火后析出的第二相粒子非常細小，在光學金相顯微鏡下無法觀測到第二相的分布與形貌，為進一步分析不同工藝條件下鋼析出物的含量、分布形態(tài)對力學性能的影響規(guī)律，通過透射電鏡對實驗鋼進行了組織形貌的觀察；最后，通過拉伸實驗檢測不同退火時間下該鋼的力學性能。

實驗材料及退火工藝

本高強IF鋼的成分如表1所示。該鋼經(jīng)熱軋后以80%的冷軋壓下率壓下，然后以退火時間為變量進行退火實驗。對該鋼在850℃分別退火1、2、3、4、5、6、7和10 min后，經(jīng)空冷至室溫。

退火時間對顯微組織的影響

圖1為不同退火時間下退火試樣垂直于橫向的面光學金相組織照片。由圖1可見，對試樣在850℃退火2 min時，鐵素體晶粒已基本完成再結(jié)晶，晶粒形狀為等軸形和長條形晶粒共存，并有少量的變形帶存在，晶粒尺寸在10 μm左右。退火時間為3 min時，鐵素體晶粒的再結(jié)晶更加充分，等軸形晶粒的數(shù)量增加，基體組織中仍然存在少量變形帶，這種變形帶在退火時間為4 min時完全消除，此時試樣中鐵素體已充分再結(jié)晶。隨退火時間的繼續(xù)增加，晶粒并沒有繼續(xù)等軸化的趨勢，而是多以餅狀存在于基體中，只是隨時間的增加，餅形晶粒在法向面上的尺寸有所增加，形狀更加規(guī)則，晶粒的尺寸變化不明顯。當退火時間為10 min時，未充分長大的晶粒會繼續(xù)長大，餅形晶粒的尺寸十分均勻，其沿法向的尺寸基本為6 μm左右。

表1 實驗用鋼的化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

退火時間對力學性能的影響

不同退火時間下該高強IF鋼的力學性能及微觀組織如表2和圖2~圖4所示。

表2 不同退火時間下本實驗高強IF鋼的力學性能

由表2可以看出，實驗鋼在850℃退火時，隨退火時間的加長，鋼的力學性能趨于平穩(wěn)。當退火時間大于3 min時，鋼的屈服強度和抗拉強度分別在220 MPa和440 MPa左右。退火時間大于2 min時，延伸率約為40%。實驗鋼在力學性能上已基本達到了440 MPa級的性能標準，尤其在塑性方面有著更為優(yōu)良的表現(xiàn)。

鋼的強度值會受到各種顯微缺陷的影響，如位錯密度，晶粒尺寸和第二相的變化都會使鋼的強度值產(chǎn)生波動。實驗鋼經(jīng)退火后的顯微組織均為鐵素體，其晶粒尺寸相差也不大(如圖1)，故本高強IF鋼退火后的強度變化應(yīng)與鋼中的第二相的形貌、分布和位錯密度有關(guān)。

850℃退火2 min時，試樣的基體中在冷軋變形過程形成的位錯并沒有完全消除，如圖2，從而使在此退火時間下的強度值略高。實驗鋼經(jīng)850℃退火3 min時，鋼中第二相尺寸與退火2 min時相比并沒有明顯的變化，但此時鋼中的位錯密度已非常低，此時位錯對鋼的強化作用已非常小，故實驗鋼的強度有所降低。隨退火時間繼續(xù)延長，鋼中第二相逐漸長大，大粒子第二相數(shù)量增多，但第二相粒子尺寸的變化對退火實驗鋼的力學性能影響不大，隨退火時間的增加，實驗鋼的強度值趨于平穩(wěn)。

實驗鋼的延伸率在850℃退火2~10 min時的變化比較平穩(wěn)，對照相應(yīng)的顯微組織可知，第二相的尺寸、分布和少量位錯的存在對鋼的延伸率的影響不明顯，實驗鋼的延伸率均在40%左右，表現(xiàn)出了良好的塑性性能。

結(jié)束語

(1) 該高強IF鋼在850℃長時間退火時(退火時間≥2 min)，鋼的力學性能趨于平穩(wěn)。鋼的屈服強度和抗拉強度分別在220和440 MPa左右，延伸率約為40%，鋼的塑性應(yīng)變比和硬變硬化指數(shù)分別在1.5和0.28處有較小波動。該成分高強IF鋼在力學性能上已基本達到了440 MPa級的性能標準，尤其在塑性方面有著更為優(yōu)良的表現(xiàn)。

(2) 該高強IF鋼在850℃退火2 min時，鐵素體晶粒已基本完成再結(jié)晶，再繼續(xù)增加退火時間對鐵素體晶粒尺寸的影響不大；該實驗鋼經(jīng)退火后的晶粒尺寸較小，晶粒尺寸大約在10 μm左右；隨退火時間的增加，鐵素體晶粒餅形化趨勢明顯，當退火時間達10 min時，餅形晶粒的形狀已十分規(guī)則、均勻。

(3) 鋼中第二相粒子的長大對鋼的強、韌性能影響不大，但當退火時間足夠充足時，因第二相的長大鋼中析出粒子總數(shù)量明顯減少時，鋼的塑性應(yīng)變比會有明顯的提升。