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；
經熱軋后，加Mo 鋼組織為針狀鐵素體+點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+點狀MA 島；
當終軋溫度850 °C，卷取溫度600 °C 時，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、抗腐蝕能力強等優點，在鋼中具有獨特的、不可替代的作用[1]。我國商用車需求量與日俱爭，其輕量化、環?；l受到關注，同時由于汽車在行駛中受到各種沖擊、扭轉等復雜應力作用，車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，因此對汽車用鋼的綜合性能要求越來越高。目前市場上改裝車80%左右使用強度700 MPa 以上的高強大梁鋼，該類析出強化高強鋼在商用車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結構用鋼能否實現梁架制造的重要參量[3]。而當前汽車制造業中，汽車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 元素進行微合金化處理。之后進行開坯處理，將兩實驗鋼鋼錠加熱到1200 °C，保溫5 h，又在1150 °C進行鍛造，鍛造成55 mm 厚度的板坯。

奧氏體連續冷卻轉變（CCT）曲線測定

利用Gleeble2000 熱模擬實驗機對1#鋼和2#鋼進行熱模擬實驗，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 的速度進行冷卻，根據試樣尺寸變化即可測得主要相變點的相變溫度，繪制出兩種實驗鋼的連續冷卻轉變（CCT）曲線，如圖1 所示。

表 1 實驗鋼化學成分（質量分數） %

圖 1 實驗鋼CCT 曲線：（a）1#；
（b）2#

圖 2 不同終軋溫度條件下2 種實驗鋼金相組織：（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 下實驗鋼的掃描電鏡圖：（a）1#；
（b）2#

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

表 2 不同終軋溫度實驗鋼力學性能

由測得數據及兩曲線可以看出，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，同時推遲了珠光體的轉變并使其轉變速度降低，孕育期增長，曲線向右移動。貝氏體相區明顯擴大，組織更容易得到。同時Mo 元素也增加了2#鋼的淬透性，5~10 °C/s 的冷速時，便會逐漸出現貝氏體組織，通過相變強化來提高鋼板的強度。根據模擬實驗結果制定實驗鋼的熱軋參數：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+點狀MA 島，隨著終軋溫度的升高，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+點狀MA 島，組織更加均勻，當終軋溫度升高時，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。

力學性能

表2為實驗鋼在不同終軋溫度軋制后板材橫向的力學性能數據，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，雖然組織得到了進一步細化，但生產時變形抗力較大，增加軋機負荷，故該終軋溫度下大生產時有一定難度。加Mo 鋼在綜合性能上優于未加Mo 鋼，強度上相應提高7~14 MPa，伸長率相應提高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#鋼主要以長條的針狀鐵素體組織為主，與顯微鏡觀看的金相組織一致。圖4 是終軋溫度890 °C 下1#和2#實驗鋼?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，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，且周圍群集了許多小韌窩[8]，當材料受到沖擊載荷時，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）經熱軋軋制后，加Mo 鋼金相組織為針狀鐵素體+點狀MA 島，未加Mo 鋼金相組織為多邊形鐵素體+點狀MA 島。

（3）當終軋溫度850 °C，卷取溫度600 °C時，綜合性能最好，滿足要求。在強度和韌塑性方面，加Mo 鋼普遍優于未加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。