Mo,合金化對800,MPa,級大梁鋼組織和性能影響

供稿|周晏鋒，崔丕林，韓宇，苗雋，馬思遠

內容導讀

研究了Mo 元素對800 MPa 級大梁鋼組織和性能的影響。結果表明：Mo 元素具有推遲珠光體的轉變，抑制多邊形鐵素體和珠光體形成的作用；
經(jīng)熱軋后，加Mo 鋼組織為針狀鐵素體+點(diǎn)狀馬氏體和奧氏體島狀物（MA 島），未加Mo 鋼組織為多邊形鐵素體+點(diǎn)狀MA 島；
當終軋溫度850 °C，卷取溫度600 °C 時(shí)，綜合性能最好，強度普遍提高10~20 MPa，延伸率普遍提高1%，對?40 °C 以下溫度的沖擊功作用明顯，最多提高可達20 J。

Mo 是重要的合金元素，為體心立方晶體結構，廣泛應用于合金鋼中，因其具有高溫強度好、硬度高、抗腐蝕能力強等優(yōu)點(diǎn)，在鋼中具有獨特的、不可替代的作用[1]。我國商用車(chē)需求量與日俱爭，其輕量化、環(huán)?；l(fā)受到關(guān)注，同時(shí)由于汽車(chē)在行駛中受到各種沖擊、扭轉等復雜應力作用，車(chē)架的服役條件相當苛刻[2]，加之“碳達峰”、“碳中和”目標的提出以及對超載超限的嚴格限制，因此對汽車(chē)用鋼的綜合性能要求越來(lái)越高。目前市場(chǎng)上改裝車(chē)80%左右使用強度700 MPa 以上的高強大梁鋼，該類(lèi)析出強化高強鋼在商用車(chē)大梁鋼的推廣應用證明了成型性、低溫韌性和焊接性是衡量熱軋汽車(chē)結構用鋼能否實(shí)現梁架制造的重要參量[3]。而當前汽車(chē)制造業(yè)中，汽車(chē)大梁一般采用沖壓成型和輥壓成型工藝，其變形方式以冷彎為主，因此高強大梁鋼必須擁有良好的綜合性能[4?5]。

利用200 kg 真空感應爐熔煉2 爐實(shí)驗鋼鋼錠，成分如表1 所示，兩爐鋼差別在于是否添加Mo 元素進(jìn)行微合金化處理。之后進(jìn)行開(kāi)坯處理，將兩實(shí)驗鋼鋼錠加熱到1200 °C，保溫5 h，又在1150 °C進(jìn)行鍛造，鍛造成55 mm 厚度的板坯。

奧氏體連續冷卻轉變（CCT）曲線(xiàn)測定

利用Gleeble2000 熱模擬實(shí)驗機對1#鋼和2#鋼進(jìn)行熱模擬實(shí)驗，即將試樣以10 °C/s 速度加熱到奧氏體化溫度1200 °C，保溫5 min，然后以10 °C/s 的冷卻速度降溫至850 °C，保溫30 s，待完全奧氏體化后 分 別 以0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0 °C/s 的速度進(jìn)行冷卻，根據試樣尺寸變化即可測得主要相變點(diǎn)的相變溫度，繪制出兩種實(shí)驗鋼的連續冷卻轉變（CCT）曲線(xiàn)，如圖1 所示。

表 1 實(shí)驗鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分數） %

圖 1 實(shí)驗鋼CCT 曲線(xiàn)：（a）1#；
（b）2#

圖 2 不同終軋溫度條件下2 種實(shí)驗鋼金相組織：（a）1#，800 °C；
（b）1#，850 °C；
（c）1#，890 °C；
（d）2#，800 °C；
（e）2#，850 °C；
（f）2#，890 °C

圖 3 終軋溫度850 °C 下實(shí)驗鋼的掃描電鏡圖：（a）1#；
（b）2#

圖 4 終軋溫度890 °C 下實(shí)驗鋼的沖擊斷口形貌：（a）1#；
（b）2#

表 2 不同終軋溫度實(shí)驗鋼力學(xué)性能

由測得數據及兩曲線(xiàn)可以看出，Mo 元素具有提高奧氏體轉變溫度的作用，奧氏體化溫度由891.03 提高到894.12 °C，并且具有縮小奧氏體相區的作用，同時(shí)推遲了珠光體的轉變并使其轉變速度降低，孕育期增長(cháng)，曲線(xiàn)向右移動(dòng)。貝氏體相區明顯擴大，組織更容易得到。同時(shí)Mo 元素也增加了2#鋼的淬透性，5~10 °C/s 的冷速時(shí)，便會(huì )逐漸出現貝氏體組織，通過(guò)相變強化來(lái)提高鋼板的強度。根據模擬實(shí)驗結果制定實(shí)驗鋼的熱軋參數：加熱溫度1200~1250 °C，軋制厚度 6.0 mm，卷取溫度 600 °C，軋制道次7。選取800、850 和890 °C 終軋溫度研究其對含Mo 高強大梁鋼的性能和組織的影響。

金相組織

圖2為實(shí)驗鋼在不同終軋溫度軋制后的金相組織，金相組織均為鐵素體中彌散分布細小的點(diǎn)狀馬氏體和奧氏體島狀物（MA 島）。未加Mo 的1#鋼組織主要為多邊形鐵素體+點(diǎn)狀MA 島，隨著(zhù)終軋溫度的升高，多邊形鐵素體有粗化且不均勻的趨勢。加Mo 的2#鋼組織主要為針狀鐵素體+點(diǎn)狀MA 島，組織更加均勻，當終軋溫度升高時(shí)，能夠對組織有一定的細化作用，粗化趨勢不明顯。Mo 元素有效地抑制了多邊形鐵素體和珠光體的形成，提高鋼的淬透性，對組織細化有一定的作用。

力學(xué)性能

表2為實(shí)驗鋼在不同終軋溫度軋制后板材橫向的力學(xué)性能數據，850 °C 終軋溫度綜合性能最好。當終軋溫度為890 °C，奧氏體晶粒沒(méi)有充分的細化，細晶強化作用受到限制，故強度和韌塑性都較差；
當終軋溫度為800 °C，由于含有Nb 元素，雖然組織得到了進(jìn)一步細化，但生產(chǎn)時(shí)變形抗力較大，增加軋機負荷，故該終軋溫度下大生產(chǎn)時(shí)有一定難度。加Mo 鋼在綜合性能上優(yōu)于未加Mo 鋼，強度上相應提高7~14 MPa，伸長(cháng)率相應提高1.0%左右，主要源自于金相組織上的不同和對碳化物析出的影響。加Mo 鋼中針狀鐵素體相對更多，針狀鐵素體具有較好的連鎖性，對裂紋的擴展有一定的阻礙和遏制作用，故性能更好，尤其是在韌塑性方面，更能滿(mǎn)足使用要求。在含Nb 鋼中，Mo 能提高Nb（C、N）在奧氏體中的溶度積，使大量的Nb 保持在固溶體中，以便在低溫轉變中彌散析出，起到很好的強化作用。Mo 在鋼中還能增加碳化物的形核位置，使形成的碳化物更細小、更多[6?7]。

電鏡分析

圖3是終軋溫度850 °C 下1#和2#鋼的組織形貌，1#鋼主要以大塊的多邊形鐵素體組織為主，2#鋼主要以長(cháng)條的針狀鐵素體組織為主，與顯微鏡觀(guān)看的金相組織一致。圖4 是終軋溫度890 °C 下1#和2#實(shí)驗鋼?40 °C（該鋼種的韌脆轉變溫度在?40 °C 左右）沖擊斷口形貌，一般地，韌窩的大小和形狀與其析出物有關(guān)，而Mo 元素對析出物有一定細化作用。2#鋼韌窩更加彌散、細小，其中大韌窩形貌大而深，且周?chē)杭嗽S多小韌窩[8]，當材料受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收塑性變形功和斷裂功的能力更加分散，尤其對?40 °C 以下的低溫沖擊功作用明顯，最多可提高20 J，由此加Mo 的2#鋼的低溫沖擊韌性更好。

（1）兩種成分鋼的CCT 曲線(xiàn)均有鐵素體、珠光體及貝氏體相區組成，Mo 元素具有推遲珠光體的轉變，抑制多邊形鐵素體和珠光體形成的作用。

（2）經(jīng)熱軋軋制后，加Mo 鋼金相組織為針狀鐵素體+點(diǎn)狀MA 島，未加Mo 鋼金相組織為多邊形鐵素體+點(diǎn)狀MA 島。

（3）當終軋溫度850 °C，卷取溫度600 °C時(shí)，綜合性能最好，滿(mǎn)足要求。在強度和韌塑性方面，加Mo 鋼普遍優(yōu)于未加Mo 鋼，強度上相應提高7~14 MPa，延伸率上相應提高1.0%左右，對?40°C 以下溫度的沖擊功作用明顯，最多可提高20 J。