卷取温度对热成形钢晶间氧化层的影响

2018年第1期安徽冶金19卷取温度对热成形钢晶间氧化层的影响
晋家春谷海容崔磊汪永国卢茜倩刘飞曹煜
(马鞍山钢铁股份有限公司）
摘要通过不同的卷取温度（680、620'C )下的光学显微组织分析对比研究了热轧工艺对热成形钢原材料晶间氧化层的影响。

结果表明，热轧工艺尤其是热轧卷取温度对热成形钢原材料表面晶间氧化层深度的影响很大，并根据分析结果给出了合理的控轧控冷（T M C P)工艺。

关键词热成形钢晶间氧化控轧控冷
The Influence of Coiling Temperature
on Intergranular Oxide Layer of Hot Stamping Steel
JinJiachun G uH airong Cul Lei WangYongguo Lu Qianqian L iu F e l CaoYu
(Maanshan Iron & Steel Co. , L td.)
Abstract \n order to study the effect of hot rolling process on intergranular oxide layer of hot stamping steel, the optical microstructures at different coiling temperatures (680,620 °C ) are analyzed. The results show that the hot roll­ing process, especially the coiling temperature, has a great influence on h e depth of intergranular oxide layer on the surface of hot stamping s teel , and according to the analysisa reasonable TMCP process is given.
Keywords hot stamping steel intergranular oxide TMCP
〇前言
近年来，汽车安全性能、减重以及降低燃油排放 的需求越来越高，超高强度钢（A H SS)在车身上的 使用越来越广泛。

然而，超高强钢在成形过程中存 在难成形、模具磨损及回弹严重等缺点[1]。

基于上 述超高强钢在成形过程中存在的问题，热冲压成形 是一个良好的解决方案，在直接热成形过程中，试验 钢被加热至完全奥氏体化，随后被转移到模具上进 行成形，同时发生淬火相变过程m]，热冲压成形后 得到的零件组织为完全的马氏体组织。

热冲压成形用钢主要以热轧、酸洗、冷轧和镀层 等状态供货。

其中对于热轧和酸洗成品，若生产制 造工艺不当，材料表层会形成晶间氧化层，所谓晶间 氧化是指带钢在高温下，在其表面几十微米的范围内形成细小网状的黑色物质。

在高温状态下氧原子 沿晶界扩散到带钢中，由于晶界是金属中最薄弱的 地方，因此首先在表层晶界处形成氧化物[4]。

这种 组织会导致材料表面在成形时产生裂纹，在后续的 使用过程中留下安全隐患，重者会导致零件在碰撞 过程中直接发生脆性断裂。

因此，有必要对工艺进 行优化，以消除这一缺陷。

1试验材料和方法
试验材料为热成形钢热轧产品。

化学成分如表 1所示，其中碳元素的含量决定了热成形后零件的强 度，硼元素的含量决定了淬火过程中材料的淬透性。

钛元素主要用来固氮[5—6]，以避免氮与硼结合（氮与 硼结合易形成硼氮化合物，从而降低钢的淬透性）。

表1试验钢的化学成分％
C Si M n P S Cr T i B
^0. 250.10 〜0.50 1.0 〜2.0<0.02<0.01<2.0<0．300．003
具体的热轧工艺如表2所示。

本次试验钢的 C C T曲线如图1所示，由图1可知，试验钢完全奥作者简介：晋家春，工程师，安徽省马鞍山市（243000)马钢技术中心
20
ANHUI METALLURGY
2018年第1期
拋光，在无腐蚀的条件
接用光学显微镜（型号
为A x i 〇s k 〇p2 — M A T )进行观察。

金相试样取样位置如图2所示，沿带宽方向1/2 和1/4分别取样
显微
分析，试样
后进
.2#试验钢1/4处图3工艺优化 氧化层对比
图2
取样位置
2试验结果及讨论
2.1 显微组织对比分析
工艺优化前后
化层对比如图3所示，由
图3可知，1H 式验钢（卷取温度C T =680°C )1/4处
化层深
为10. 89Mm ，1/2处晶间氧化层
深度约为9.59Mm 。

将卷取 调整为620C 以后，对不同位置的
钢
显微
观察，结果表
明，2#试验钢（卷取温度C T = 620C )1/4处和1/2 处位置均未发现
化层的存在，具体见表3。

表3
晶间氧化层深度
pm
试验钢
1#
2#
1/4处1/2处 1/4处 1/2处化深
10.89
9. 59
0d . 2#试验钢1/2处
体化
为850C ，
体
转
为600C 。

冷却方式采用前段冷却方式，主要为
证
带钢在卷取之前发生珠光体相变，以防止钢卷发生。

对比研究了不同卷取
生产得到的产 化层的深度，卷取
分别为680
和 620C 。

表2
试验钢的热轧工艺钢
取
/C
却方1#680段冷却2#
620
前段冷却
1/4
轧
制方
向
2018年第1期安徽冶金21
2.2分析讨论
从上述试验结果可以看出，一方面，卷取温度为
6 8 0 时，存在晶间氧化现象，而卷取温度降低为
620 时，晶间氧化现象消失。

这主要是因为在较高
温度下卷取时，金属表层中所含有的Cr、Mn、S i等
元素容易与扩散到钢材中的氧元素结合形成氧化
t f m。

另一方面，沿带钢宽度方向，中间1/2处晶间氧
化层深度为9. 59^m(平均值），1/4处晶间氧化层深
度为10.89^m，这表明，带钢在卷取以后氧的侵人
浓度由边部往中心部位是递减的。

而氧在高温的带
钢表面聚集会与材料中含有Cr、Mn、S等元素析出
物形成晶间氧化物。

当氧元素没有与晶间析出的这
些元素全部完成氧化过程时，是不会向晶粒内扩散
的。

因此晶间氧化物主要沿着晶界向材料内部扩
m[7]。

3 结语
1) 晶间氧化与卷取温度密切相关，在680C下
取，表 会形成 化 ，化 后
期的服役过程中易导致脆性断裂。

2) 晶间氧化与氧浓度相关，氧浓度越高，晶间氧 化越严重。

带钢在卷取过程中氧的侵人浓度由边部
往心部是递减的，1/2处晶间氧化层深度为9.59^m
(平均值），1/4处为10. 89pm。

3)通过研究不同热轧卷取温度对晶间氧化层厚
度的影响，最终确定了合适的热轧卷取温度（620C)
来消除热成形钢原材料的晶间氧化。

参考文献
1M.N a d e r i，M.K e ta b c h i，M.A b b a s i，W.B le c k，J.
Mater. Process，丁echnol，211(2011)1117—1125.
2 M. E riksson，M. Oldenburg. Testing and evaluation of
material data for analysis of form ing and hardening of
boron steel components，Modelling Simulation of M ate­
rial Science Engineering. 10(2002)227 — 294.
3M. M e rkle in，J. Lecher. Investigation of the thermo­
mechanical properties of hot stamping steels. Journal of
Materials Processing Technology. 177 ( 2006 ) ：452 —
455.
4苏志国.渗碳过程中晶格间氧化物的形成机理及消除措
施.内燃机与配件.9(2013)24 — 28.
5M. Suehiro，K. K usu m i，T. M iyakoshi，etal. Proper­
ties of aluminium-coated steels for hot forming. Nippon
Steel Technical Report. 88(2003) ；16 — 21.
6H o n g lia n g Y i，Jieii Dong. H o t stamped steel and hot
stamping technology. Shandong M e ta llu rg y，2009，31
(5)17 — 19.
7鄢云华.渗碳炉炉用耐热风扇轴高温腐蚀.2004:15 —
17
(收稿日期2017 — 08 — 29)
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(摘自《世界金属导报》2018 —03 —27)。