烘烤条件对超低碳烘烤硬化钢BH值的影响

第21卷第4期2009年12月

武汉工程职业技术学院学报

Jou rnal of W uhan Engineering Institute

Vol.21No.4

Decemb er2009

烘烤条件对超低碳烘烤硬化钢BH值的影响

段小平 胡吟萍

(武汉钢铁(集团)公司研究院 湖北 武汉:430080)

摘 要 研究分析烘烤温度、烘烤时间、预应变量等烘烤条件对超低碳烘烤硬化钢烘烤硬化性能的影响。结果发现在烘烤温度小于140 时,BH值随着烘烤温度的增加而显著增加,烘烤温度高于140 时,温度对其影响不大;2%预应变、140 烘烤条件下,超低碳钢的烘烤硬化效应在数分钟内迅速表现出来,20分钟内达到最大,随保温时间的继续增加,BH值并无明显变化;预变形量对BH 值有一定的影响,大于2%的预变形反而会减弱烘烤硬化效应。

关键词 超低碳烘烤硬化钢;烘烤温度;BH值;预变形;烘烤时间

中图分类号:T G162.83 文献标识码:A 文章编号:1671 3524(2009)04 0008 03

超低碳烘烤硬化钢(简称ULC-BH钢)具有超低碳无间隙原子超深冲钢的深冲性能和含磷钢板的高强度以及烘烤硬化钢板的抗凹性能,因而具有良好的综合性能,受到了汽车制造业的广泛关注,主要应用于制造汽车内、外面板等大型覆盖件[1 2]。

超低碳烘烤硬化钢的烘烤硬化效应不仅与钢本身有关,还与烘烤温度、时间和预变形量有密切关系,为了更好了解这些条件对U LC-BH钢烘烤硬化特性的影响,本文研究了不同烘烤条件(烘烤温度、烘烤时间、预变形量)下的U LC-BH钢的烘烤硬化特性。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

研究材料取自武钢工业化生产线,钢板的成分如表1所示。

表1 超低碳烘烤硬化钢化学成分(wt%)

C Si M n P S N Nb Ti

0.00150.0490.140.0150.0120.00240.0040.013

1.2 实验方法

工业生产中的钢板试样,在ZWICK-Z050型材料试验机上测试钢板的基本力学性能、烘烤硬化性能。试样加工按照GB/T228-2002标准进行,r 和n的测试和试样加工分别按照GB5027-1999和GB5028-1999标准进行。BH值测定见图1

所示。

图1 BH值测定示意图

2 结果与讨论

2.1 试验钢的组织和性能

金相组织观察试样取自武钢工业化生产的连续退火板,观察面为平行轧向的试样侧面,样品经砂纸研磨、抛光和4%硝酸酒精腐蚀后,在金相显微镜上进行观察。其金相组织见图2所示,从图2中

可以

图2 试验钢金相组织

收稿日期:2009 10 12 修回日期:2009 10 26

作者简介:段小平(1980~),男,硕士,工程师.E m ail:dx p16898@

看出,该钢的显微组织为9级铁素体组织,晶粒细小的铁素体组织保证了钢具有良好的宏观力学性能和优良的成形性能,见表2。

表2 试验钢的力学性能

R p0.2/M Pa

R m /M Pa A 80mm /%

r 90n 90215

335

39

1.95

0.21

2.2 烘烤条件对BH 值的影响2.2.1 烘烤温度的影响

为了考察烘烤温度对烘烤硬化效应的影响,把加工好的试样通过拉伸试验机给其施加2%的预变形(应变速率5mm/min),测试2%应变时的强度R t2.0,然后放入恒温干燥箱内用不同的烘烤温度处理20m in,自然冷却后测定其屈服强度R el (BH ),BH =R el (BH )-R t2.0

。

图3 烘烤温度对BH 值的影响

图3为不同烘烤温度条件下的BH 值测试结果。从图中可以看出,在2%预变形,烘烤处理20分钟的条件下,随着烘烤温度的升高,烘烤硬化效应增强。在50~140 区间里,BH 值随着温度的升高而有显著的提升,在140~170 范围内,烘烤温度对烘烤硬化效应的影响较小。

BH 钢板经过热轧、冷轧、退火平整后,基体内位错密度很低,给其施加一定的预变形后,基体内位错密度增加,通过烘烤硬化处理,使间隙原子达到发生扩散的临界条件,基体内的间隙固溶原子向晶界处发生扩散,由于受到位错的阻碍,间隙原子在位错处堆积形成柯氏气团,柯氏气团阻碍晶体的变形,表现出强度增大的硬化现象。根据间隙原子机理的扩散系数方程[3]:

D =D 0ex p (-

E a

RT

)(1) 其中,D 为间隙碳原子在铁素体中的扩散系数;R =8.314J/m ol ,表示气体常数;D 0,扩散常量,约为2 10-6m 2/s;E a ,扩散摩尔激活能,约为18018J/m ol 。根据方程(1)可以计算出不同烘烤温度下固

溶C 在钢中的扩散系数,烘烤温度对扩散系数D 的

影响关系见图4。

图4 烘烤温度对扩散系数D 的影响

从图4中可以发现,固溶碳在基体中的扩散系数是随着温度的升高而增大。在低于140 区间,曲线斜率较陡,即扩散系数D 随温度的变化敏感;而140~170 区间,曲线斜率减小,即扩散系数随温度变化趋缓,与试验钢BH 值与烘烤温度的变化趋势一致。扩散系数D 是决定扩散过程的一个重要的物理量,其值越大,扩散过程进行的越快。相同预变形量和烘烤时间,温度越高,扩散系数越大,扩散进行的越快,扩散到基体位错参与形成柯氏气团的固溶C 原子越多,柯氏气团钉扎原子密度越大,晶体摆脱柯氏气团的钉扎继续发生应变所需的力越大,宏观上表现为屈服强度增大。

当烘烤温度在140 以上时,BH 值变化相对平缓,温度对BH 值影响较小。这可能是由于试验钢为超低碳钢并且通过加Ti 减少固溶原子,钢中固溶原子含量较少。当温度达到140 时,烘烤20分钟,钢中固溶原子完成了参与柯氏气团形成的扩散,此时由于没有更多的固溶原子可扩散,任何扩散系数的提高都不会给固溶原子的扩散总量带来大的变化。该试验钢在2%预变形,140 时效20分钟后,烘烤硬化效应已达饱和,此时扩散系数的提高对BH 值影响不大。

2.2.2 烘烤时间的影响

图5为烘烤时间对BH 值的影响关系图。从图中可以看出,2%预变形,140 烘烤温度条件下,试验钢的烘烤硬化值在短短几分钟内迅速增大,20分钟后,时间对烘烤硬化值影响不大。研究[4]认为,超低碳烘烤硬化钢的烘烤硬化值与柯氏气团的溶质浓度有关,当浓度达到临界值(0.2)时,柯氏气团作用产生的烘烤硬化值达到最大,柯氏气团的溶质浓度的继续增大并不会带来更大的烘烤硬化效应。A.K.De 等人[5]通过内耗峰法研究了超低碳烘烤硬化钢的静态烘烤硬化效应,发现在5%预变形,100 烘烤温度下,柯氏气团的溶质浓度在20分钟内达到临界值,柯氏气团作用产生的烘烤硬化效应达到饱

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