退火时间对细晶高强IF钢组织和性能的影响

供稿|李冰 / LI Bing

内容导读

本文通过光学显微镜及透射电镜观察不同退火时间下含Ni高强IF钢的显微组织，研究不同退火时间下该高强IF钢的位错密度、第二相粒子的变化及其对性能的影响。该高强IF钢在850℃进行退火，退火时间≥2 min时，钢的力学性能趋于平稳；继续延长退火时间，当钢中第二相因长大而使析出粒子总数量明显减少时，钢的塑性应变比会有明显的提升。

为了能够有效保护乘、驾人员的安全和减少二氧化碳的排放量，近年来，高强度钢板被越来越多的应用在汽车车身上，以实现提高车身抗撞性能的同时减轻车身自重的目的。IF钢由于其具有优良的深冲性能被广泛地用于汽车面板部件，开发出具有高强度的IF钢对汽车工业的发展意义重大。随着汽车工业减重、节能和提高安全性要求的提高，IF钢的强度也需进一步提高。本文研究一种高Nb/C的高强IF钢随退火时间的延长其显微组织和力学性能的变化情况。

实验通过光学显微镜观察不同退火时间下高强IF钢的再结晶完成情况；对于第二相粒子的观测，由于本文所研究的实验钢经退火后析出的第二相粒子非常细小，在光学金相显微镜下无法观测到第二相的分布与形貌，为进一步分析不同工艺条件下钢析出物的含量、分布形态对力学性能的影响规律，通过透射电镜对实验钢进行了组织形貌的观察；最后，通过拉伸实验检测不同退火时间下该钢的力学性能。

实验材料及退火工艺

本高强IF钢的成分如表1所示。该钢经热轧后以80%的冷轧压下率压下，然后以退火时间为变量进行退火实验。对该钢在850℃分别退火1、2、3、4、5、6、7和10 min后，经空冷至室温。

退火时间对显微组织的影响

图1为不同退火时间下退火试样垂直于横向的面光学金相组织照片。由图1可见，对试样在850℃退火2 min时，铁素体晶粒已基本完成再结晶，晶粒形状为等轴形和长条形晶粒共存，并有少量的变形带存在，晶粒尺寸在10 μm左右。退火时间为3 min时，铁素体晶粒的再结晶更加充分，等轴形晶粒的数量增加，基体组织中仍然存在少量变形带，这种变形带在退火时间为4 min时完全消除，此时试样中铁素体已充分再结晶。随退火时间的继续增加，晶粒并没有继续等轴化的趋势，而是多以饼状存在于基体中，只是随时间的增加，饼形晶粒在法向面上的尺寸有所增加，形状更加规则，晶粒的尺寸变化不明显。当退火时间为10 min时，未充分长大的晶粒会继续长大，饼形晶粒的尺寸十分均匀，其沿法向的尺寸基本为6 μm左右。

表1 实验用钢的化学成分(质量分数，%)

退火时间对力学性能的影响

不同退火时间下该高强IF钢的力学性能及微观组织如表2和图2~图4所示。

表2 不同退火时间下本实验高强IF钢的力学性能

由表2可以看出，实验钢在850℃退火时，随退火时间的加长，钢的力学性能趋于平稳。当退火时间大于3 min时，钢的屈服强度和抗拉强度分别在220 MPa和440 MPa左右。退火时间大于2 min时，延伸率约为40%。实验钢在力学性能上已基本达到了440 MPa级的性能标准，尤其在塑性方面有着更为优良的表现。

钢的强度值会受到各种显微缺陷的影响，如位错密度，晶粒尺寸和第二相的变化都会使钢的强度值产生波动。实验钢经退火后的显微组织均为铁素体，其晶粒尺寸相差也不大(如图1)，故本高强IF钢退火后的强度变化应与钢中的第二相的形貌、分布和位错密度有关。

850℃退火2 min时，试样的基体中在冷轧变形过程形成的位错并没有完全消除，如图2，从而使在此退火时间下的强度值略高。实验钢经850℃退火3 min时，钢中第二相尺寸与退火2 min时相比并没有明显的变化，但此时钢中的位错密度已非常低，此时位错对钢的强化作用已非常小，故实验钢的强度有所降低。随退火时间继续延长，钢中第二相逐渐长大，大粒子第二相数量增多，但第二相粒子尺寸的变化对退火实验钢的力学性能影响不大，随退火时间的增加，实验钢的强度值趋于平稳。

实验钢的延伸率在850℃退火2~10 min时的变化比较平稳，对照相应的显微组织可知，第二相的尺寸、分布和少量位错的存在对钢的延伸率的影响不明显，实验钢的延伸率均在40%左右，表现出了良好的塑性性能。

结束语

(1) 该高强IF钢在850℃长时间退火时(退火时间≥2 min)，钢的力学性能趋于平稳。钢的屈服强度和抗拉强度分别在220和440 MPa左右，延伸率约为40%，钢的塑性应变比和硬变硬化指数分别在1.5和0.28处有较小波动。该成分高强IF钢在力学性能上已基本达到了440 MPa级的性能标准，尤其在塑性方面有着更为优良的表现。

(2) 该高强IF钢在850℃退火2 min时，铁素体晶粒已基本完成再结晶，再继续增加退火时间对铁素体晶粒尺寸的影响不大；该实验钢经退火后的晶粒尺寸较小，晶粒尺寸大约在10 μm左右；随退火时间的增加，铁素体晶粒饼形化趋势明显，当退火时间达10 min时，饼形晶粒的形状已十分规则、均匀。

(3) 钢中第二相粒子的长大对钢的强、韧性能影响不大，但当退火时间足够充足时，因第二相的长大钢中析出粒子总数量明显减少时，钢的塑性应变比会有明显的提升。