固溶冷卻方式對BH 鋼冷軋板微觀組織與織構的影響★

盧振敏， 孫 穎

（1.寶武太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030001；2.山西工程職業學院， 山西 太原 030009）

迄今為止，對于BH 鋼板的烘烤硬化機理、熱軋、冷軋及其再結晶過程，已經有學者做了大量研究，但是對于碳固溶度不同對BH 鋼板冷軋織構演變的影響及對BH 鋼板深沖性能影響的分析還比較少。要研究這個問題，首先就要研究不同冷卻方式對碳在鐵素體中固溶度的影響，針對這一問題，應用多功能內耗儀、光學顯微鏡等設備，以BH 鋼板為研究材料，研究了冷卻方式對BH 鋼固溶碳含量的影響。

1 實驗材料及方法

本實驗選用熱軋BH 鋼板為實驗對象，材料成分如表1 所示。

表1 BH 鋼的化學成分 %

1.1 高溫固溶實驗

把3 個BH 鋼熱軋樣品在真空熱處理爐中加熱到1 280 ℃并保溫1 h，讓BH 鋼中的碳化物充分分解，讓碳原子與碳化物實現元素分離之后再固溶到鋼中去，保溫結束后，將3 個樣品分別以水冷、空冷、爐冷三種冷卻方式冷卻，測試樣品的碳固溶程度。

1.2 內耗測量

將BH 鋼板經過高溫固溶后，三種冷卻方式冷卻后得到的樣品制成內耗測量樣品。樣品尺寸長×寬×厚為70 mm×1.5 mm×0.75 mm，使用多功能內耗儀，工作溫度為300～1000K，強迫振動頻率為10-4～10Hz，自由衰減頻率為10-5～10-1Hz，在25～600 ℃的溫度區間內測量不同樣品的內耗—溫度曲線，通過內耗可以比較準確的測定材料中的固溶C 含量。

應用多功能內耗儀檢測實驗后的BH 鋼樣品，測試其碳在鐵素體中的固溶度差別。

1.3 冷軋實驗

將三種冷卻方式冷卻后的BH 鋼樣品進行軋制，軋制壓下率分別設定為50%和80%。軋制實驗設備為四輥可逆式冷軋機。軋機主要參數如表2 所示。

表2 四輥可逆式冷軋機主要參數

1.4 金相觀察

將樣品分別用300 號到2000 號的砂紙進行研磨，磨至表面劃痕接近等間距且同向分布，然后拋光至表面無劃痕為止，腐蝕液使用5%的硝酸酒精溶液，用金相顯微鏡對試樣的顯微組織進行觀察分析。

2 實驗結果與分析

2.1 內耗—溫度曲線

如下頁圖1 所示為樣品的內耗—溫度曲線，由圖1 所示結果可以看出，Snoek 峰出現在40 ℃左右的室溫區域內，Snoek 指出碳、氮原子在α-Fe 固溶體中所引起的弛豫內耗峰高度與這些元素在α-Fe 中的濃度有關[1-2]。如圖1 所示，Snoek 峰最高的wc 線是水冷樣品，其次是ac 線空冷樣品，fc 線爐冷樣品則幾乎看不到Snoek 峰。由Snoek 研究組的Dijkstra 指出，對于固溶碳濃度C 小于0.1%的Fe，存在固溶碳濃度C=Khs關系，K 為常數，hs為Snoek 峰高度[3]。因此可以判定三種冷卻方式中，碳固溶濃度由大到小的順序為水冷方式＞空冷方式＞爐冷方式；另外在溫度為200 ℃左右時，內耗曲線上出現的峰為SKK 峰，體心立方結構材料中的SKK 峰，是位錯和間隙溶質氣團引起的，體心立方結構中，間隙原子與位錯的交互作用程度越強，則內耗峰值越高[4]。由此可以判定，三種冷卻方式中，水冷冷卻方式SKK 峰值最高，則固溶碳原子與冷變形形成的位錯相互作用較強。

圖1 內耗—溫度曲線

2.2 冷軋壓下量分別為50%、80%時的顯微組織

從圖2、圖3 可以看出，空冷冷卻后的BH 鋼樣品經50%壓下量和80%壓下量冷軋后，隨著壓下量的增加，晶粒被拉長，晶粒尺寸變小，由平均晶粒尺寸48 μm 減小到20 μm。從圖4、圖5 中可以看出，爐冷冷卻后的BH 鋼樣品經50%壓下量和80%壓下量冷軋后，隨著壓下量的增加，晶粒尺寸變小，由平均晶粒尺寸80 μm 減小到20 μm，符合金屬變形的一般規律，晶粒尺寸變化幅度顯著大于空冷冷卻方式，且50%壓下量后晶粒尺寸也要大于空冷冷卻方式50%壓下量后的晶粒尺寸。從圖6、圖7 中可以看出，水冷冷卻后的BH 鋼樣品經50%壓下量和80%壓下量冷軋后，隨著壓下量的增加，晶粒尺寸變小，且分布規律符合金屬變形的一般規律。與爐冷和空冷冷卻方式相比，水冷冷卻方式下的晶粒明顯更加細小。

圖2 空冷50%壓下量

圖3 空冷80%壓下量

圖4 爐冷50%壓下量

圖5 爐冷80%壓下量

圖6 水冷50%壓下量

圖7 水冷80%壓下量

3 結論

本文對不同冷卻方式對BH 鋼固溶碳含量的影響進行了研究，主要研究不同冷卻方式（空冷、爐冷、水冷）下BH 鋼的內耗溫度曲線，又對冷卻后BH 鋼進行軋制，觀察其微觀組織，得出結論如下：

1）三種冷卻方式中，碳固溶濃度由大到小的順序為水冷方式最大，空冷方式其次，爐冷方式最小，在200℃左右，內耗曲線上出現SKK 峰，三種冷卻方式中，水冷冷卻方式SKK 峰值最高，則固溶碳原子與冷變形形成的位錯相互作用較強。

2）三種冷卻方式對冷軋組織的影響，從晶粒尺寸上來看，爐冷冷卻方式晶粒尺寸最大，空冷冷卻次之，水冷冷卻最小，與碳固溶濃度相反。