厚規格700 L沖擊功影響因素分析

摘 要：通過統計分析沖擊功波動情況以及典型試樣的金相和斷口SEM檢測，研究發現，卷取溫度對厚度12 mm的700 L沖擊功影響十分顯著，厚度12 mm的700 L卷取溫度大于600 ℃時，芯部組織中出現少量珠光體，少量芯部珠光體呈現條帶狀分布，并且先共析鐵素體較多，降低了沖擊功。TiN尺寸8～12 μm時對沖擊功有一定影響。

關鍵字：700 L；卷取溫度；沖擊功；組織

ANALYSIS OF INFLUENCE FACTOR ABOUT IMPACT ENERGY OF 700 L

Kang Haijun1，2 Yu Liwei1，2

（1.Technical Center of Ben Gang Group Corporation. Benxi 117000， China; 2.National and local joint engineering laboratory of advanced automotive steel development and application technology. Benxi 117000，China）

Abstract：Through statistical analysis of the fluctuation of impact energy and metallographic and fracture SEM testing of typical samples， it was found that the coiling temperature has a significant effect on the impact energy of 700 L with a thickness of 12 mm. When the coiling temperature of 700 L with a thickness of 12 mm is greater than 600 ℃， a small amount of pearlite appears in the core tissue， and the small amount of pearlite in the core presents a strip like distribution. In addition， there is more pearlite in the pre eutectoid structure， which reduces the impact energy. The TiN size of 8 μ m～12 μ m has a certain impact on the impact energy.

Key words：700 L; coiling temprature; impact energy;microstructure

0 前 言

隨著汽車輕量化的快速推進，700 MPa級大梁鋼在寶鋼、武鋼、鞍鋼等企業成功研制開發，隨后700 MPa級大梁鋼廣泛應用于制造汽車大梁[1]。商用車車架采用更高強度的鋼板已成為未來發展的主流方向[2]。為了降低生產成本，700 L的化學成分設計采用鈦鈮復合微合金化，以析出強化、細晶強化、固溶強化作為主要強化手段，以細化晶粒和組織控制作為主要提高韌性的手段。

某廠12 mm的700 L以低成本工藝為基礎，結合熱軋產線設計了高溫加熱、高溫粗軋和快速冷卻的工藝，為大梁鋼市場提供了大量的合格產品。隨著生產量的增多，工藝波動影響性能的問題逐步凸顯，尤其是卷取溫度，在多次沖擊功不合格的問題分析中，經過金相檢測和沖擊試樣斷口SEM檢測，發現卷取溫度對組織和沖擊功的影響十分顯著，適當降低卷取溫度，可以獲得細小均勻的組織和良好的沖擊功；另外TiN尺寸對沖擊功也有一定影響。

1 700L主要工藝參數

1.1 化學成分

不同厚度的700L均采用低碳、低磷、低硫、低氮設計，主要強化合金為錳、鈦、鈮，如表1所示。

1.2 熱軋工藝

熱軋工藝設定如表2所示，采用高溫加熱可以促進更多的合金溶解在奧氏體內，因為TiN不能完全熔解，可以有效阻礙奧氏體晶粒快速長大。

2 沖擊功波動情況

700 L要求-20 ℃沖擊功≥47 J，每組三支沖擊試樣，沖擊功結果取平均值。生產數據顯示不同爐次700 L沖擊功波動大，265組沖擊功樣本中平均沖擊功140.5 J，最小值16 J，最大值332 J，不合格率6.04%，如圖1所示。其中沖擊功不合格僅發生在厚度12 mm的700 L中，有時出現同一軋制周期的鋼卷沖擊功相差巨大的現象。

3 檢測分析

選取厚度12 mm的700 L同一軋制周期沖擊功相差巨大的鋼卷，三組沖擊功平均值分別為142、16、55 J，取樣位置對應的卷取溫度分別為577、643、590 ℃，除卷取溫度差異較大外，其余工藝相近，進行金相和SEM檢測對比分析，試樣編號分別為1號、2號、3號。

3.1 金相檢測

圖2為3個試樣的組織，1號試樣組織均勻，組織為粒狀貝氏體+鐵素體，鐵素體為準多邊形鐵素體，平均晶粒尺寸約為5 μm。2號試樣組織為鐵素體+粒狀貝氏體+珠光體+魏氏體，鐵素體為先共析鐵素體和準多邊形鐵素體，鐵素體晶粒大小不均；3號試樣表面組織均勻，組織為鐵素體+粒狀貝氏體，鐵素體平均晶粒尺寸約為5.6 μm，芯部組織為鐵素體+珠光體+少量粒狀貝氏體，鐵素體為先共析鐵素體和準多邊形鐵素體，鐵素體平均晶粒尺寸約為7 μm，中心位置珠光體呈寬度約為20 μm的條帶狀。

3.2 SEM檢測

圖3是3號試樣沖擊斷口TiN集中分布的SEM檢測結果。3號沖擊功試樣斷口韌窩中存在的非金屬夾雜物，能譜顯示其主要為TiN，尺寸達到了8～ 12 μm，部分韌窩中尺寸較小TiN集中分布，個別位置數量多達7個。1號和2號沖擊功試樣中TiN尺寸＜5 μm。

4 分析

4.1 卷取溫度對沖擊功的影響

統計厚度6～12 mm的700 L化學成分各元素與沖擊功的關系，各元素的波動對沖擊功沒有影響；統計粗軋終軋溫度平均值、精軋終軋溫度平均值和卷取溫度平均值與沖擊功的關系，三個溫度點的波動對沖擊功沒有影響，但單獨統計厚度12 mm的700 L工藝參數時，卷取溫度對沖擊功影響大，如圖4所示。圖4a為厚度6～12 mm的700 L卷取溫度與沖擊功關系，卷取溫度對沖擊功幾乎沒有影響，圖4b為厚度12 mm的700 L卷取溫度與沖擊功關系，卷取溫度對沖擊功影響顯著，因此卷取溫度對沖擊功的影響僅限在厚度12 mm的產品中。厚度12 mm的700 L卷取溫度＜600 ℃時，沖擊功38～170 J，卷取溫度≥600 ℃時，沖擊功16～54 J；當卷取溫度＜600 ℃時，可見有較低的沖擊功，因此卷取溫度并不是唯一影響沖擊功的因素。

為進一步驗證卷取溫度對沖擊功的影響，排除其他工藝的干擾，統計同一軋制周期內卷取溫度的波動厚度12 mm的700 L鋼卷的卷取溫度與沖擊功關系，如圖5所示。4個鋼卷卷取溫度≥600 ℃，沖擊功16～57 J；5個鋼卷卷取溫度＜600 ℃，沖擊功118～157 J，卷取溫度對厚度12 mm的700 L沖擊功影響十分顯著。

卷取溫度對組織影響大，卷取溫度≥600 ℃，組織中出現了粗大的先共析鐵素體，沖擊功16 J，因此組織對沖擊功影響更大。劉暢研究[3]認為，先共析鐵素體位錯密度較小，無法鈍化裂紋尖端，裂紋基本沿直線擴展，因此先共析鐵素體的斷裂韌性低。根據李春來的研究[4]，芯部珠光體條帶狀組織和珠光體組織易出現微裂紋，而這種裂紋就是造成沖擊性能下降的主要原因，裂紋是由于珠光體和鐵素體之間存在較大的塑韌性差異，當外力作用時，不能一起協調變形，在兩種組織的界面處易萌生微裂紋。

根據金相檢測結果，700 L的表面和芯部組織存在一定的差異性，這種現象主要是鋼板較厚，層流冷卻冷卻不透徹，導致芯部溫度高于表面、芯部冷速低于表面，表面的組織為細小均勻的鐵素體和粒狀貝氏體，芯部組織為大小不均的鐵素體、少量粒狀貝氏體或珠光體。卷取溫度低的組織均勻性好，主要由于卷取溫度低時，讓芯部的溫度下降到貝氏體溫度區，避開了珠光體。細小的鐵素體和粒狀貝氏體是韌性良好的組織，徐平光研究[5]仿晶界鐵素體/粒狀貝氏體復相鋼沖擊功試樣裂紋擴展較為彎曲，存在裂尖鈍化、分叉及微孔洞的萌生和匯合現象。

根據丁軍紅[6]繪制的700 L動態CCT曲線，結合700 L的實際組織，繪制鋼板表面和芯部冷卻過程如圖6所示，紅色實線為卷取溫度640 ℃的鋼卷表面溫度，黑色虛線為卷取溫度640 ℃的鋼卷芯部溫度，橙色實線為卷取溫度570 ℃的鋼卷表面溫度，綠色虛線為卷取溫度570 ℃的鋼卷芯部溫度。根據圖6，當卷取溫度640 ℃時，冷卻曲線經過先共析鐵素體和珠光體區，而卷取溫度570 ℃時，冷卻曲線避開了先共析鐵素體和珠光體區。

4.2 TiN對沖擊功的影響

1號試樣卷取溫度577 ℃，組織均勻細小，沖擊功142 J，3號試樣卷取溫度590 ℃與1號試樣卷取溫度相差不大，但沖擊功僅為55 J。SEM檢測1號試樣TiN尺寸＜5 μm，3號試樣TiN尺寸8 ～12 μm，大尺寸TiN大幅度降低了沖擊功。

根據沖擊斷口TiN尺寸的檢測結果，2號組織為鐵素體（含粗大先共析鐵素體）+珠光體，TiN尺寸＜5 μm，3號組織為顯微組織鐵素體+珠光體（芯部），TiN尺寸8～12 μm，對比兩個試樣的組織、析出物和沖擊功，組織不佳的情況下即便沒有大尺寸的TiN，沖擊功極低；組織較好的情況下即便存在8～12 μm的TiN，沖擊功也能維持在50 J左右。因此TiN尺寸8～12 μm并不是影響沖擊功的主要因素。綜上，提升厚規格700 L的沖擊功，首先要控制細小均勻的組織，其次降低TiN的尺寸。

5 結 論

1）卷取溫度對厚度12 mm的700 L沖擊功影響顯著，卷取溫度577 ℃時，可以獲得均勻細小的鐵素體和粒狀貝氏體組織，避免形成珠光體，從而提高了沖擊功。

2）為獲得良好的沖擊功，厚規格700 L鋼板首先控制均勻細小的鐵素體和粒狀貝氏體組織，其次降低TiN的尺寸。

參考文獻

[1] 高志國.屈服強度700 MPa高強度低合金汽車鋼板研發進展[J].熱加工工藝， 2019， 48（7）：10-14+22.

[2] 杜曉彤，王寶昆，段智芳，等.汽車用高強大梁鋼在重卡車架輕量化的應用[J].物理測試，2016，34（6）：15-19.

[3] 劉暢，鄧彩艷，王勝，等.EH36鋼埋弧焊焊縫金屬組織臨界斷裂韌性[J].焊接學報， 2019， 40（3）： 107-110+165-166.

[4] 李春來，潘雪新，郭繼祥，等.帶狀組織對S355J2W（H）耐候鋼板沖擊性能的影響[J].熱加工工藝，2021，50（6）：46-49.

[5] 徐平光，方鴻生，白秉哲，等.仿晶界型鐵素體/粒狀貝氏體復相組織的韌性[J].金屬學報， 2002（3）： 255-260.

[6] 丁軍紅. 高強度輕量化汽車大梁用鋼的研究與開發[D].山東：山東大學，2016.

第一作者：康海軍，男，49歲，正高級工程師

收稿日期：2024-07-15