分享：退火時(shí)間對(duì)細(xì)晶高強(qiáng)IF鋼組織和性能的影響
本文通過(guò)光學(xué)顯微鏡及透射電鏡觀察不同退火時(shí)間下含Ni高強(qiáng)IF鋼的顯微組織，研究不同退火時(shí)間下該高強(qiáng)IF鋼的位錯(cuò)密度、第二相粒子的變化及其對(duì)性能的影響。該高強(qiáng)IF鋼在850℃進(jìn)行退火，退火時(shí)間≥2 min時(shí)，鋼的力學(xué)性能趨于平穩(wěn)；繼續(xù)延長(zhǎng)退火時(shí)間，當(dāng)鋼中第二相因長(zhǎng)大而使析出粒子總數(shù)量明顯減少時(shí)，鋼的塑性應(yīng)變比會(huì)有明顯的提升。
為了能夠有效保護(hù)乘、駕人員的安全和減少二氧化碳的排放量，近年來(lái)，高強(qiáng)度鋼板被越來(lái)越多的應(yīng)用在汽車車身上，以實(shí)現(xiàn)提高車身抗撞性能的同時(shí)減輕車身自重的目的。IF鋼由于其具有優(yōu)良的深沖性能被廣泛地用于汽車面板部件，開(kāi)發(fā)出具有高強(qiáng)度的IF鋼對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展意義重大。隨著汽車工業(yè)減重、節(jié)能和提高安全性要求的提高，IF鋼的強(qiáng)度也需進(jìn)一步提高。本文研究一種高Nb/C的高強(qiáng)IF鋼隨退火時(shí)間的延長(zhǎng)其顯微組織和力學(xué)性能的變化情況。
實(shí)驗(yàn)通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察不同退火時(shí)間下高強(qiáng)IF鋼的再結(jié)晶完成情況；對(duì)于第二相粒子的觀測(cè)，由于本文所研究的實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)退火后析出的第二相粒子非常細(xì)小，在光學(xué)金相顯微鏡下無(wú)法觀測(cè)到第二相的分布與形貌，為進(jìn)一步分析不同工藝條件下鋼析出物的含量、分布形態(tài)對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律，通過(guò)透射電鏡對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行了組織形貌的觀察；最后，通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)檢測(cè)不同退火時(shí)間下該鋼的力學(xué)性能。
實(shí)驗(yàn)材料及退火工藝
本高強(qiáng)IF鋼的成分如表1所示。該鋼經(jīng)熱軋后以80%的冷軋壓下率壓下，然后以退火時(shí)間為變量進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)。對(duì)該鋼在850℃分別退火1、2、3、4、5、6、7和10 min后，經(jīng)空冷至室溫。
退火時(shí)間對(duì)顯微組織的影響
圖1為不同退火時(shí)間下退火試樣垂直于橫向的面光學(xué)金相組織照片。由圖1可見(jiàn)，對(duì)試樣在850℃退火2 min時(shí)，鐵素體晶粒已基本完成再結(jié)晶，晶粒形狀為等軸形和長(zhǎng)條形晶粒共存，并有少量的變形帶存在，晶粒尺寸在10μm左右。退火時(shí)間為3 min時(shí)，鐵素體晶粒的再結(jié)晶更加充分，等軸形晶粒的數(shù)量增加，基體組織中仍然存在少量變形帶，這種變形帶在退火時(shí)間為4 min時(shí)完全消除，此時(shí)試樣中鐵素體已充分再結(jié)晶。隨退火時(shí)間的繼續(xù)增加，晶粒并沒(méi)有繼續(xù)等軸化的趨勢(shì)，而是多以餅狀存在于基體中，只是隨時(shí)間的增加，餅形晶粒在法向面上的尺寸有所增加，形狀更加規(guī)則，晶粒的尺寸變化不明顯。當(dāng)退火時(shí)間為10 min時(shí)，未充分長(zhǎng)大的晶粒會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大，餅形晶粒的尺寸十分均勻，其沿法向的尺寸基本為6μm左右。
退火時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響
不同退火時(shí)間下該高強(qiáng)IF鋼的力學(xué)性能及微觀組織如表2和圖2~圖4所示。
由表2可以看出，實(shí)驗(yàn)鋼在850℃退火時(shí)，隨退火時(shí)間的加長(zhǎng)，鋼的力學(xué)性能趨于平穩(wěn)。當(dāng)退火時(shí)間大于3 min時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別在220 MPa和440 MPa左右。退火時(shí)間大于2 min時(shí)，延伸率約為40%。實(shí)驗(yàn)鋼在力學(xué)性能上已基本達(dá)到了440 MPa級(jí)的性能標(biāo)準(zhǔn)，尤其在塑性方面有著更為優(yōu)良的表現(xiàn)。
鋼的強(qiáng)度值會(huì)受到各種顯微缺陷的影響，如位錯(cuò)密度，晶粒尺寸和第二相的變化都會(huì)使鋼的強(qiáng)度值產(chǎn)生波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)退火后的顯微組織均為鐵素體，其晶粒尺寸相差也不大(如圖1)，故本高強(qiáng)IF鋼退火后的強(qiáng)度變化應(yīng)與鋼中的第二相的形貌、分布和位錯(cuò)密度有關(guān)。
850℃退火2 min時(shí)，試樣的基體中在冷軋變形過(guò)程形成的位錯(cuò)并沒(méi)有完全消除，如圖2，從而使在此退火時(shí)間下的強(qiáng)度值略高。實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)850℃退火3 min時(shí)，鋼中第二相尺寸與退火2 min時(shí)相比并沒(méi)有明顯的變化，但此時(shí)鋼中的位錯(cuò)密度已非常低，此時(shí)位錯(cuò)對(duì)鋼的強(qiáng)化作用已非常小，故實(shí)驗(yàn)鋼的強(qiáng)度有所降低。隨退火時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，鋼中第二相逐漸長(zhǎng)大，大粒子第二相數(shù)量增多，但第二相粒子尺寸的變化對(duì)退火實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能影響不大，隨退火時(shí)間的增加，實(shí)驗(yàn)鋼的強(qiáng)度值趨于平穩(wěn)。
實(shí)驗(yàn)鋼的延伸率在850℃退火2~10 min時(shí)的變化比較平穩(wěn)，對(duì)照相應(yīng)的顯微組織可知，第二相的尺寸、分布和少量位錯(cuò)的存在對(duì)鋼的延伸率的影響不明顯，實(shí)驗(yàn)鋼的延伸率均在40%左右，表現(xiàn)出了良好的塑性性能。
結(jié)束語(yǔ)
(1)該高強(qiáng)IF鋼在850℃長(zhǎng)時(shí)間退火時(shí)(退火時(shí)間≥2 min)，鋼的力學(xué)性能趨于平穩(wěn)。鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別在220和440 MPa左右，延伸率約為40%，鋼的塑性應(yīng)變比和硬變硬化指數(shù)分別在1.5和0.28處有較小波動(dòng)。該成分高強(qiáng)IF鋼在力學(xué)性能上已基本達(dá)到了440 MPa級(jí)的性能標(biāo)準(zhǔn)，尤其在塑性方面有著更為優(yōu)良的表現(xiàn)。
(2)該高強(qiáng)IF鋼在850℃退火2 min時(shí)，鐵素體晶粒已基本完成再結(jié)晶，再繼續(xù)增加退火時(shí)間對(duì)鐵素體晶粒尺寸的影響不大；該實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)退火后的晶粒尺寸較小，晶粒尺寸大約在10μm左右；隨退火時(shí)間的增加，鐵素體晶粒餅形化趨勢(shì)明顯，當(dāng)退火時(shí)間達(dá)10 min時(shí)，餅形晶粒的形狀已十分規(guī)則、均勻。
(3)鋼中第二相粒子的長(zhǎng)大對(duì)鋼的強(qiáng)、韌性能影響不大，但當(dāng)退火時(shí)間足夠充足時(shí)，因第二相的長(zhǎng)大鋼中析出粒子總數(shù)量明顯減少時(shí)，鋼的塑性應(yīng)變比會(huì)有明顯的提升。
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