熱沖壓成形鋼22MnB5動態(tài)CCT曲線及組織轉(zhuǎn)變

供稿|金世銓，李大光，陳宇 / JIN Shi-quan, LI Da-guang, CHEN Yu

內(nèi)容導讀

熱沖壓成形鋼22MnB5主要用于汽車防撞部件。熱沖壓成形鋼顯微組織的不同對產(chǎn)品的力學性能和產(chǎn)品的最終使用性能有著極其重要的影響。為了在控軋控冷后獲得穩(wěn)定的組織和性能，并為熱軋生產(chǎn)工序制定工藝參數(shù)提供充分的理論依據(jù)，文章介紹了采用膨脹測量法并結(jié)合金相測定22MnB5鋼的動態(tài)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線)及顯微組織的演變。實驗結(jié)果表明：在較低冷卻速度下顯微組織由鐵素體、珠光體和貝氏體組成；隨著冷卻速度的不斷增加，鐵素體和珠光體的含量逐漸減少直至為零，馬氏體和貝氏體的含量則逐漸增多；當冷卻速度≥10℃·s-1時，顯微組織主要為馬氏體和貝氏體。

22MnB5是目前熱沖壓成形鋼最主要的材料，在成分設(shè)計上采用高碳、高錳以及添加鉻、鉬、硼等提高淬透性的元素來保證熱沖壓成形后的抗拉強度達到1500 MPa，斷后伸長率大于5%。該鋼種主要用于制造A柱、B柱，與汽車正碰、偏置碰及追尾有關(guān)的前、后保險杠，與汽車側(cè)碰相關(guān)的左、右門B柱和門內(nèi)的防撞桿等防撞部件[1-2]。

22MnB5鋼的軋制成形過程是材料在高溫下發(fā)生塑性變形的過程，在此過程中顯微組織發(fā)生演變，同時還存在熱傳導和變形的作用。隨著冷卻速度的變化以及變形量的變化，所獲得的組織產(chǎn)物以及各相之間的相比例也存在很大的變化，它們之間存在復雜的交互作用。顯微組織的不同對產(chǎn)品的力學性能和產(chǎn)品的最終使用性能有著極其重要的影響。為了在控軋控冷后獲得穩(wěn)定的組織和性能，測定了22MnB5鋼發(fā)生塑性變形時的動態(tài)CCT曲線，并對其在不同冷卻速度下的顯微組織進行觀察，為熱軋工藝參數(shù)的制定提供了重要的理論依據(jù)[3]。

實驗材料與方法

實驗用鋼為熱軋態(tài)22MnB5鋼的中間坯，厚度為45 mm，其化學成分如表1所示，將22MnB5鋼加工成啞鈴試樣，在Gleeble-1500熱模擬試驗機上進行測試，如圖1所示。

圖1 啞鈴試樣加工示意圖

在真空狀態(tài)下，將試樣以10℃·s-1加熱速度加熱到1200℃，保溫3 min，10℃·s-1冷卻速度降溫到900℃保溫30 s；變形溫度900℃，變形量50%，應變速率1 s-1，然后以0.5、1、2、5、10、20、30、40℃·s-1的冷卻速度將試樣冷卻至室溫，并結(jié)合金相組織檢驗的結(jié)果，從曲線上找出不同冷卻速度下的相變起始點溫度和終了點溫度，測定過冷奧氏體連續(xù)冷卻曲線，即動態(tài)CCT曲線，具體工藝如圖2所示。

實驗結(jié)果與分析

圖2 試樣的熱處理工藝過程

圖3 為22MnB5鋼在不同冷卻速度下的顯微組織。從圖中可以看到，當冷卻速度為0.5℃·s-1時，顯微組織由鐵素體、貝氏體和珠光體組成；當冷卻速度為1℃·s-1時，貝氏體的量有所增加，鐵素體和珠光體的量有所減少，且出現(xiàn)了少量的馬氏體組織；當冷卻速度為2℃·s-1和5℃·s-1時，開始出現(xiàn)馬氏體組織，轉(zhuǎn)變后的顯微組織以馬氏體、貝氏體和少量鐵素體為主；當冷卻速度≥10℃·s-1時，22MnB5鋼的顯微組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體和貝氏體。

圖3 22MnB5鋼在不同的冷卻速度下顯微組織：(a) 0.5℃·s-1；(b) 1℃·s-1；(c) 2℃·s-1；(d) 5℃·s-1；(e) 10℃·s-1；(f) 20℃·s-1；(g) 30℃·s-1；(h) 40℃·s-1

圖4 22MnB5鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線

根據(jù)實驗所得的膨脹量以及溫度隨時間的變化曲線拐點，采用膨脹法，再結(jié)合金相組織，確定相變的溫度和時間，利用Origin軟件對所得的數(shù)據(jù)進行處理，繪制出動態(tài)CCT曲線，如圖4所示。由CCT曲線可以看出，22MnB5鋼奧氏體在以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻過程中，有鐵素體析出(A→F)、珠光體轉(zhuǎn)變(A→P)，貝氏體轉(zhuǎn)變(A→B)和馬氏體轉(zhuǎn)變(A→M)。隨著冷卻速度的增大鐵素體的析出量以及珠光體的轉(zhuǎn)變量都迅速減少，馬氏體的轉(zhuǎn)變量則越來越多。

結(jié)束語

通過膨脹測量法以及結(jié)合金相-硬度法測得了22MnB5鋼的動態(tài)CCT曲線圖，為22MnB5鋼的熱軋生產(chǎn)工序的制定提供一定的理論依據(jù)；根據(jù)CCT曲線圖和不同冷卻速度下的顯微組織可知，0.5℃·s-1時，顯微組織由鐵素體、貝氏體和珠光體組成，隨著冷卻速度的增加，貝氏體和馬氏體組織逐漸增加，鐵素體和珠光體組織逐漸減少直至為零，當冷卻速度≥10℃·s-1時，顯微組織主要為馬氏體和貝氏體。