卷取溫度對980 MPa級雙相鋼熱軋板性能組織的影響①

姜英花，皺 英

（1.首鋼集團有限公司技術研究院，北京 100043；2.綠色可循環鋼鐵流程北京市重點實驗室，北京 100043）

輕量化已經成為汽車用鋼板發展的必然趨勢，從而大大增加了汽車企業對先進高強鋼的需求［1－3］。先進高強鋼力學性能波動分為卷內的力學性能波動、卷與卷之間的力學性能波動［4］。卷內性能波動又可分為沿帶鋼長度方向和寬度方向的性能波動。影響先進高強鋼性能波動的原因很多，如合金成分控制、熱處理控制等。上游熱軋工藝作為冷軋退火前一個必不可少的工藝，會影響后續工藝和性能，而熱軋組織性能的波動必然也會影響冷軋退火后產品的組織和性能［5－6］。目前，針對先進高強鋼熱軋工藝和對應的熱軋組織性能的研究較少，本文重點研究卷取溫度對熱軋板性能組織影響和卷內寬度方向組織性能均勻性。

1 實 驗

實驗所用雙相鋼熱軋板化學成分如表1所示。從生產線上取雙相鋼鑄坯原料在實驗室進行了熱軋模擬實驗。鑄坯原料進行1 250℃×2 h均勻化熱處理，再熱軋成厚3 mm的板材，其中終軋溫度取為870℃，卷取溫度分別取550℃、600℃、650℃，進行熱軋模擬實驗，研究卷取溫度對熱軋板性能組織的影響。

表1 試驗鋼種的化學成分（質量分數）／%

取部分鑄坯制作成Φ5 mm×10 mm大小的圓柱試樣，并設置2種冷卻速度分別模擬卷內寬度方向的中部和邊部，進行熱模擬（Gleeble）實驗，研究不同卷取溫度下卷內寬度方向的微觀組織均勻性。在試驗中，首先將試樣在1 270℃下加熱5 min，以1 s－1的應變率在1 100℃下進行30%壓下變形；然后在950℃再進行40%壓下變形，模擬熱軋過程；再將試樣以30℃／s的速度冷卻至卷取模擬溫度（550℃和650℃）；最后，以0.1℃／s或0.3℃／s的緩慢速率冷卻至200℃，模擬卷內寬度方向的中部和邊部。根據Gleeble實驗結果，在生產線上取不同卷取溫度下生產的雙相鋼熱軋板進行了卷內寬度方向性能組織均勻性復驗研究。具體取樣方法如圖1所示。

圖1 取樣方法

根據GB／T 228—2002，對熱軋模擬后的鋼板和生產線取樣沿軋制方向采用線切割方法加工的拉伸試樣，在MTS萬能試驗機上進行力學性能測試。采用掃描共聚焦光學顯微鏡及EBSD進行組織分析。

2 實驗結果及討論

2.1 卷取溫度對熱軋板性能組織的影響

圖2為不同卷取溫度下熱軋板的力學性能。由圖2可以看出，隨著卷取溫度升高，熱軋板的屈服強度和抗拉強度不同程度下降，而延伸率先下降再升高。

圖2 不同卷取溫度下熱軋板的力學性能

圖3為不同卷取溫度下熱軋板的微觀組織。由圖3可以看出，高溫卷取時組織為黑色珠光體和白色鐵素體，低溫卷取時出現灰色貝氏體組織。隨著卷取溫度升高，晶粒大小從2.15μm增大到2.76μm，微觀硬度從300HV降至270HV。卷取溫度越高，鐵素體晶粒在此階段的形核率越小、長大速度較快，因而會使晶粒粗大，強度降低。

圖3 不同卷取溫度下熱軋板的微觀組織

2.2 不同卷取溫度下卷內寬度方向熱軋板性能組織均勻性

選取550℃和650℃卷取進行熱模擬實驗，研究寬度方向上微觀組織均勻性。表2為不同卷取溫度下熱軋板邊部和中心部的硬度和晶粒大小。由表2可以看出，650℃卷取時，邊部硬度明顯大于中心部，而邊部晶粒大小明顯小于中心部。

表2 不同卷取溫度下熱軋板不同位置的硬度和晶粒大小

圖4為不同卷取溫度下熱軋板邊部和中心部織構圖。由圖4可見，550℃卷取時，邊部和中心部晶粒均為纖維狀，顯微組織差異不明顯；650℃卷取時，中心部晶粒為等軸狀，邊部為纖維狀，顯微組織差異較大。

圖4 不同卷取溫度下熱軋板不同位置織構圖

KAM表征位錯密度和再結晶儲能，KAM值越小，表示位錯密度和再結晶儲能越小。表3為不同卷取溫度下熱軋板邊部和中心部的KAM值。由表3可以看出，650℃卷取時，邊部和中心部KAM值差異大；與邊部相比中心部溫差小，在中心部儲存在位錯和晶界處的能量越少，位錯密度越低，再結晶越完全，導致中心部晶粒尺寸大于邊部，硬度小于邊部。550℃卷取時，邊部和中心部KAM值差異不明顯。

表3 不同卷取溫度下不同位置熱軋板KAM值

從以上結果看出，高溫卷取時寬度方向上邊部和中心部組織差異較大；低溫卷取時邊部和中心部差異較小，相對比較均勻。這是因為卷取溫度較低，誘發貝氏體相變，動態再結晶過程被阻礙，減小了再結晶對邊部與中部的位錯密度和再結晶儲能的影響，導致熱軋板邊部和中部微觀組織差異小。

在生產線上選取卷取溫度分別為650℃和550℃的熱軋板進行了寬度方向力學性能均勻性研究。圖5為不同卷取溫度下熱軋板寬度方向上的力學性能。由圖5可以看出，550℃卷取時，寬度方向力學性能比較均勻，而650℃卷取時相對均勻性較差，邊部和中心部性能差異較大。這與上述熱模擬結果一致，即低溫卷取時熱軋板寬度方向上微觀組織和力學性能均勻性較好。由于低溫卷取時邊部和中心部溫差較小，導致寬度方向邊部和中心部組織性能均勻性較好。

圖5 不同卷取溫度下熱軋板寬度方向的力學性能

3 結 論

1）高溫卷取時，雙相鋼熱軋板組織為鐵素體和珠光體，低溫卷取時組織為鐵素體、珠光體和貝氏體。隨著卷取溫度升高，熱軋板的抗拉強度和屈服強度下降，而延伸率先下降后升高。

2）高溫卷取時，雙相鋼熱軋板的邊部和中部微觀組織和力學性能差異較大，低溫卷取時邊部和中部微觀組織和力學性能相對均勻。降低卷取溫度，誘發貝氏體相變，阻礙動態再結晶過程，從而有效減小再結晶對熱軋板邊部與熱軋板中部力學性能的影響。