铌元素对热镀锌双相钢组织及性能的影响

关 琳,李沈洋,刘鹏飞,律明旸,焦 坤,陈 宇

(本钢板材股份有限公司,辽宁 本溪 117000)

减轻汽车自重引发了对高强度钢开发的热潮,近几年国内外各大汽车生产企业的车身用钢数据显示,双相钢占有率远高于了TRIP钢、马氏体钢和HSLA钢等其他高强度汽车用钢。车身结构件使用双相钢可以增大车身结构的抗凹陷能力,延长汽车的使用寿命,减轻车身质量,降低燃油消耗[1-3]。近年来双相钢的需求日益增加,对强度级别的要求也在日益提高,镀锌钢板在高级别汽车上的应用逐渐增加[4-6]。因此,DP780镀锌产品的市场前景广阔。

热镀锌双相钢是新一代汽车用钢的主要材料,这是因其具有良好的力学性能、安全性能等特点。热镀锌双相钢组织以铁素体和马氏体为主,其力学性能与马氏体体积分数、形态及铁素体晶粒尺寸、形态等因素密切相关[7-9]。正常生产的双相钢主要通过工艺控制组织,而微合金元素Nb具有促进铁素体形成、细化晶粒等特点,本文通过对比添加Nb与未添加Nb镀锌DP780的组织和性能,研究了Nb元素在800 MPa级热镀锌双相钢中的作用,为工业生产合理地使用微合金元素Nb提供理论依据。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

为了研究Nb元素的微合金化作用,设计了添加Nb和未添加Nb未镀锌DP780,其化学成分见表1。试验材料采用55 kg真空中频感应炉冶炼,并用750 kg空气锤锻造成尺寸为25 mm×80 mm×150 mm的坯料,将坯料加热至1200 ℃保温30～40 min后,热轧成3.0 mm厚的钢板,终轧温度为860～880 ℃,层流冷却至600 ℃进行卷曲,然后空冷至室温。热轧板经酸洗冷轧至1.4 mm。采用连退热模拟试验机进行中试模拟试验,将试样加热至820 ℃保温70 s,以10 ℃/s冷却速率冷至720 ℃后,再以25 ℃/s冷却速率快速冷却至460 ℃保温38 s,完成镀锌工艺模拟试验。

表1 试验钢的化学成分(质量分数,%)

1.2 试验方法

依据标准GB/T 228《金属材料室温拉伸实验方法》进行拉伸试验,采用CMT30吨微机控制电子万能试验机进行力学性能测试;采用OLYMPUS-BX51金相显微镜和EVO50扫描电镜进行显微组织观察。

2 试验结果与分析

2.1 热轧后金相组织

未添加Nb和添加Nb元素的镀锌DP780试样热轧后金相组织如图1所示。由图1可知,试样组织均为铁素体+珠光体,但未添加Nb元素的试样中带状组织分布更明显。

(a)未添加Nb;(b)添加Nb图1 镀锌DP780热轧后的金相组织(a)without Nb;(b)with NbFig.1 Microstructure of galvanized DP780 after hot rolling

2.2 冷轧后金相组织

对双相钢力学性能影响最大的因素是铁素体和马氏体的含量及形态。未添加Nb和添加Nb元素的镀锌DP780试样冷轧后金相组织如图2所示。由图2可知,试样组织均为铁素体+马氏体。添加Nb元素后,试样晶粒尺寸明显细化,同时马氏体呈细小弥散分布;而未添加Nb元素的试样中马氏体组织呈带状分布。热轧后试样带状组织严重,连续退火加热时奥氏体优先在带状组织晶界带处形成,并快速向珠光体长大,在随后的冷却过程中形成带状马氏体。

(a)未添加Nb;(b)添加Nb图2 镀锌DP780冷轧后的金相组织(a)without Nb;(b)with NbFig.2 Microstructure of galvanized DP780 after cold rolling

通过SEM对未添加Nb和添加Nb元素的镀锌DP780试样退火后显微组织进行观察,如图3所示。添加Nb元素后,试样组织明显细小,且马氏体(一般呈亮白色,呈突起状有白色的边圈)分布更加均匀弥散,这会促进变形过程中铁素体和马氏体协调变形,有利于提高试样的延伸率。

(a)未添加Nb;(b)添加Nb图3 镀锌DP780退火后的显微组织(a)without Nb;(b)with NbFig.3 Microstructure of galvanized DP780 after annealing

2.3 力学性能

对退火镀锌DP780试样进行拉伸试验,测试结果见表2。由表2可知,添加Nb元素的试样屈服强度略高于未添加Nb的试样,抗拉强度变化不大,延伸率由15%提高到20%。加入微合金元素Nb可以显著提高材料的延伸率,这与Nb元素优化双相钢的金相组织结论相一致。

表2 力学性能测试结果

3 结论

1)在镀锌DP780钢中加入一定量的Nb元素可以改善组织均匀性,具有减轻带状组织的作用,并且细化铁素体晶粒。

2)在镀锌DP780钢中加入一定量的Nb元素可以显著提高延伸率,延伸率由15%提高到20%,但对强度的影响不大。