低合金高強(qiáng)鋼具有較高的強(qiáng)度、良好的成形性能和焊接性能，廣泛應(yīng)用于汽車板的加強(qiáng)件，但是在生產(chǎn)過程中也會出現(xiàn)屈強(qiáng)比低、難以控制等因素，使得廠家在沖壓時(shí)不能滿足要求。為了更好地適應(yīng)汽車零部件成形，改善屈強(qiáng)比，提高延伸率，研究者發(fā)現(xiàn)在鋼中加入鈮、釩、鈦等合金元素，通過晶粒的細(xì)化使得屈服強(qiáng)度提高，延伸率有所改善，從而更好的滿足客戶需求。本文通過控制Ti合金的加入量對再結(jié)晶奧氏體晶粒的細(xì)化進(jìn)行探討，從而極大地改善低合金高強(qiáng)鋼的屈強(qiáng)比[1]。

1.   實(shí)驗(yàn)過程

1.1   實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分

影響低合金鋼性能的因素有很多，其中合金成分是一個(gè)重要的因素，尤以Nb+Ti最為顯著。針對實(shí)際生產(chǎn)情況，在熱軋、冷軋工序工藝基本相同的條件下，對冷軋成品組織性能進(jìn)行檢驗(yàn)分析，從而得出不同含量Ti對鋼性能的影響。幾爐實(shí)驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成分及Ti含量見表1。

1.2   各工序工藝情況

實(shí)驗(yàn)鋼熱軋工藝溫度按照設(shè)定工藝執(zhí)行。軋制出4塊規(guī)格為3.0 mm×1550 mm的熱軋卷。

連退加熱溫度、保溫溫度、緩冷溫度、快冷溫度，過時(shí)效溫度控制在工藝設(shè)定范圍內(nèi)，成品厚度為1.5 mm，連退速度控制在100 m/min，具體工藝流程如圖1所示。冷軋實(shí)際控制溫度見表2。

1.3   組織及性能檢測

冷軋連退生產(chǎn)成品卷后，在不同位置取樣制作試樣，在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。金相試樣進(jìn)行樣品打磨、拋光，用Lepera試劑腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡觀察組織形態(tài)[3]。

2.   實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1   力學(xué)性能

在冷軋卷中部位置取試樣進(jìn)行加工，分三個(gè)方向進(jìn)行檢驗(yàn)，每個(gè)方向取6個(gè)試樣最后取平均值，研究各向異性，出廠性能和用戶質(zhì)保書性能主要是垂直軋向方向性能指標(biāo)。

冷軋力學(xué)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率性能檢驗(yàn)均值見表3，三個(gè)不同方向檢驗(yàn)性能見表4。從性能檢驗(yàn)結(jié)果分析得出，出廠檢驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)中心取樣檢驗(yàn)結(jié)果相近。隨著Ti含量的增加屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均增大，延伸率變化不大。Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加0.01%，屈服強(qiáng)度增加10~15 MPa，抗拉強(qiáng)度增加20~30 MPa。從試樣的三個(gè)方向性實(shí)驗(yàn)來看，0°方向（平行軋向方向）屈服和抗拉強(qiáng)度最大，45°方向屈服和抗拉強(qiáng)度最小，屈服強(qiáng)度差值在10 MPa左右，抗拉強(qiáng)度在15 MPa左右，延伸率變化不大。

2.2   金相組織

對不同Ti含量的試樣進(jìn)行金相觀察，發(fā)現(xiàn)試樣組織均為F+(M-A)組元+B少量，但晶粒度不同，1#12，4#13.9，并且Ti含量越多晶粒度越小、強(qiáng)度越大（圖2）。圖3為熱軋卷曲溫度600 ℃下熱軋卷中的微合金析出物形貌及能譜分析。從圖中可以看出析出物大多為幾十nm到300 nm的(Ti,Nb)C，細(xì)化的晶?？梢宰柚箠W氏體晶粒長大，延遲熱變形過程中的再結(jié)晶，改變再結(jié)晶動力學(xué)以及形成析出物[2]，從而提高材料強(qiáng)度并改善韌性。

2.3   Ti元素強(qiáng)化機(jī)制

Nb、Ti合金元素的加入形成的氧化物、硫化物、碳化物和氮化物對鋼的性能產(chǎn)生明顯影響[3]，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有少量的溶質(zhì)對晶界或相界遷移有一定的影響。成形性和焊接性要求低含量的非金屬夾雜，因此必須避免相對粗大的氧化物和硫化物的出現(xiàn)。而對于低合金高強(qiáng)鋼來說提高屈強(qiáng)比的同時(shí)，要保證良好的延伸性和成形性，微合金化元素在熱軋帶鋼生產(chǎn)過程的多面作用取決于它以固溶還是析出形式存在。在熱軋過程中一方面要阻止晶粒長大與再結(jié)晶，另一方面要控制相變。合金元素的加入對于熱軋的晶粒產(chǎn)生影響，熱軋晶粒越小冷軋產(chǎn)品組織晶粒也細(xì)小，微合金化影響再結(jié)晶退火后的晶粒尺寸。隨著Nb、Ti合金元素的加入量增多，強(qiáng)度也顯著增強(qiáng)[4]。

3.   結(jié)束語

（1）在Nb含量固定的情況下，低合金高強(qiáng)鋼隨著Ti含量的增加強(qiáng)度逐漸增大，延伸率基本不變。Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加0.01%，屈服強(qiáng)度增加10~15 MPa，抗拉強(qiáng)度增加20~30 MPa。通過增加Ti含量解決低合金高強(qiáng)鋼HC500LA級別以上的強(qiáng)度問題，提高屈強(qiáng)比，能夠更好的適應(yīng)市場需求。

（2）低合金高強(qiáng)鋼表現(xiàn)出各向異性，其中與軋制方向平行方向的強(qiáng)度最大，45°方向最小，屈服強(qiáng)度差值在10 MPa左右，抗拉強(qiáng)度在15 MPa左右。

（3）冷軋板組織為F+(M-A)組元+B少量，晶粒度在10~14，并且隨著Ti含量的增加晶粒逐漸減小、強(qiáng)度逐漸增大。

參考文獻(xiàn)

[1]施雄梁, 張建平, 劉永剛, 等. 連續(xù)退火工藝對低硅型冷軋低合金高強(qiáng)鋼板力學(xué)性能的影響. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2008(8):870doi: 10.3321/j.issn:1001-053X.2008.08.007

[2]馬鳴圖. 先進(jìn)汽車用鋼. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007

[3]傅俊巖, 王偉哲, 邱文軍, 等. 鈮科學(xué)與技術(shù). 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2003

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文章來源——金屬世界