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发表于 2020-3-11 08:33:11 | 显示全部楼层 |阅读模式

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热冲压成形钢22MnB5动态CCT曲线及组织转变

Dynamic CCT Curve and Microstructure Transformation of Hot Stamping Steel 22MnB5
供稿|金世铨1,李大光1,陈宇2 / JIN Shi-quan1, LI Da-guang1, CHEN Yu2

【中国汽车材料网】热冲压成形钢22MnB5主要用于汽车防撞部件。热冲压成形钢显微组织的不同对产品的力学性能和产品的最终使用性能有着极其重要的影响。为了在控轧控冷后获得稳定的组织和性能,并为热轧生产工序制定工艺参数提供充分的理论依据,文章介绍了采用膨胀测量法并结合金相测定22MnB5钢的动态连续冷却转变曲线(CCT曲线)及显微组织的演变。实验结果表明:在较低冷却速度下显微组织由铁素体、珠光体和贝氏体组成;随着冷却速度的不断增加,铁素体和珠光体的含量逐渐减少直至为零,马氏体和贝氏体的含量则逐渐增多;当冷却速度≥10℃·s-1时,显微组织主要为马氏体和贝氏体。

22MnB5是目前热冲压成形钢最主要的材料,在成分设计上采用高碳、高锰以及添加铬、钼、硼等提高淬透性的元素来保证热冲压成形后的抗拉强度达到1500 MPa,断后伸长率大于5%。该钢种主要用于制造A柱、B柱,与汽车正碰、偏置碰及追尾有关的前、后保险杠,与汽车侧碰相关的左、右门B柱和门内的防撞杆等防撞部件[1-2]。

22MnB5钢的轧制成形过程是材料在高温下发生塑性变形的过程,在此过程中显微组织发生演变,同时还存在热传导和变形的作用。随着冷却速度的变化以及变形量的变化,所获得的组织产物以及各相之间的相比例也存在很大的变化,它们之间存在复杂的交互作用。显微组织的不同对产品的力学性能和产品的最终使用性能有着极其重要的影响。为了在控轧控冷后获得稳定的组织和性能,测定了22MnB5钢发生塑性变形时的动态CCT曲线,并对其在不同冷却速度下的显微组织进行观察,为热轧工艺参数的制定提供了重要的理论依据[3]。


实验材料与方法

实验用钢为热轧态22MnB5钢的中间坯,厚度为45 mm,其化学成分如表1所示,将22MnB5钢加工成哑铃试样,在Gleeble-1500热模拟试验机上进行测试,如图1所示。

表1 22MnB5试验钢的化学成分(质量分数,/%)
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图1 哑铃试样加工示意图

在真空状态下,将试样以10℃·s-1加热速度加热到1200℃,保温3 min,10℃·s-1冷却速度降温到900℃保温30 s;变形温度900℃,变形量50%,应变速率1 s-1,然后以0.5、1、2、5、10、20、30、40℃·s-1的冷却速度将试样冷却至室温,并结合金相组织检验的结果,从曲线上找出不同冷却速度下的相变起始点温度和终了点温度,测定过冷奥氏体连续冷却曲线,即动态CCT曲线,具体工艺如图2所示。


实验结果与分析
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图2 试样的热处理工艺过程

图3 为22MnB5钢在不同冷却速度下的显微组织。从图中可以看到,当冷却速度为0.5℃·s-1时,显微组织由铁素体、贝氏体和珠光体组成;当冷却速度为1℃·s-1时,贝氏体的量有所增加,铁素体和珠光体的量有所减少,且出现了少量的马氏体组织;当冷却速度为2℃·s-1和5℃·s-1时,开始出现马氏体组织,转变后的显微组织以马氏体、贝氏体和少量铁素体为主;当冷却速度≥10℃·s-1时,22MnB5钢的显微组织转变为马氏体和贝氏体。

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图3 22MnB5钢在不同的冷却速度下显微组织:

(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


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图4 22MnB5钢奥氏体连续冷却转变曲线

根据实验所得的膨胀量以及温度随时间的变化曲线拐点,采用膨胀法,再结合金相组织,确定相变的温度和时间,利用Origin软件对所得的数据进行处理,绘制出动态CCT曲线,如图4所示。由CCT曲线可以看出,22MnB5钢奥氏体在以不同的冷却速度连续冷却过程中,有铁素体析出(A→F)、珠光体转变(A→P),贝氏体转变(A→B)和马氏体转变(A→M)。随着冷却速度的增大铁素体的析出量以及珠光体的转变量都迅速减少,马氏体的转变量则越来越多。


结束语

通过膨胀测量法以及结合金相-硬度法测得了22MnB5钢的动态CCT曲线图,为22MnB5钢的热轧生产工序的制定提供一定的理论依据;根据CCT曲线图和不同冷却速度下的显微组织可知,0.5℃·s-1时,显微组织由铁素体、贝氏体和珠光体组成,随着冷却速度的增加,贝氏体和马氏体组织逐渐增加,铁素体和珠光体组织逐渐减少直至为零,当冷却速度≥10℃·s-1时,显微组织主要为马氏体和贝氏体。



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