第10期 程俊业等：30 SiMnCrB:5热成形钢的微观组织和力学性能 ·1301· 1200℃.1h 1200 为铁素体、珠光体和贝氏体；当冷却速度≥1℃·s1 时，贝氏体消失，出现马氏体组织；当冷却速度≥ 1000 三猫次轧制 950℃.10min 2℃·s时，珠光体消失，主要为铁素体和马氏体组 T=870 800 760℃.1h WG保温1h 织；随着冷却速度的增加，铁素体减少，马氏体逐渐 600 CT=660℃ 增多，当冷却速度≥5℃·s时，铁素体消失，为完全 马氏体组织.因此，该成分体系30 SiMnCrB5热成形 400 FC 10℃·s 钢的临界冷却速度为5℃·s1. 200 CR 从图2中可以看出：由于Si和Cr的作用，Ac1 RTW RT 0 和Ac3点被提高，有利于再结晶退火温度的提高，促 时间 进铁素体的回复再结晶和碳化物的均匀分布：Cr是 图130 SiMnCrB5热成形钢的工艺路线图(FT一终轧温度，WC一 推迟贝氏体转变最有效的元素，导致贝氏体转变区 水冷，CT一卷取温度，C一随炉冷，RT一室温，CR一冷轧：1= 间的显著右移；C、Mn、Cr和B的综合作用，导致 2℃s1(850-950℃)，2=20℃·s1(700~850℃)，3= 30 SiMnCrB5热成形钢具有非常好的淬透性，在 10℃s1(600~700℃)，4=5℃·s1(350~600℃)：5= 5℃·s的冷速下，即得到完全马氏体组织，同时使 2℃s-1(200~350℃)) Ms和Mf点降低，分别为345℃和201℃，有利于得 Fig.1 Process schematic diagram of 30SiMnCrB5 hot stamping steel 到一定含量的残余奥氏体组织，但Ms和Mf点不能 (FT-finishing temperature,WC-water cooling,CT-coiling tem- perature,FC-furnace cooling,RT-room temperature,and CR- 过低，过低则导致残余奥氏体含量的增加，不仅降低 cold olling:1=2℃s1in950-850℃，2=20℃·slin850- 了钢板的硬度，而且降低残余奥氏体的稳定性，在钢 700℃，=10℃s1in700-600℃，4=5℃s1in600-350℃， 板的使用过程中发生马氏体转变，容易导致零部件 andt5=2℃·s-1in350-200℃) 的低温断裂等. 图4为不同冷却速度下试样的硬度变化曲线 集和分析.采用双喷减薄制备透射电镜试样，双喷 随着冷却速度的增加，硬度显著升高，最高可达 电解液为5%高氯酸-乙醇溶液，双喷电压为20~ 614HV,对应的冷却速度为5℃·s1.当冷却速度进 30V,温度为-20℃.Tecnai G2F30S-TWIN型透 一步提高时，硬度呈小幅度降低的趋势，但仍维持在 射电镜用于观察马氏体的精细亚结构和残余奥氏体 550HV以上，这可能是由于随着冷却速度的增加， 的分布. 部分奥氏体来不及转变成马氏体，使组织中存在一 利用D/MAX-RB型X射线衍射仪对实验钢中 定含量的残余奥氏体组织，从而导致硬度的降低 的残余奥氏体进行了测定，实验参数为铜靶，电压 1000 40kV,电流150mA,步宽为0.02°，速度1°·min-1. 冷却速度（℃·s少 900 Ac,=868℃ 05 选择y相(200)，、(220)，和(311)，三条衍射线和α 800 Ac,-798℃ 700 相(200).和(211).两条衍射线，共五条衍射线进行 20 5℃·s 600 步进扫描，精确测定对应的衍射角20和积分强度1. 500 利用直接比较法计算残余奥氏体的体积分数，在 400 Ms=345℃ 300 根据式(1)计算残余奥氏体中的碳含量 Mf=201℃ 200 a=0.3555+0.0044wc- (1) 100 I 式中：a为奥氏体的平均点阵常数，nm;wc为残余奥 0 56759560 455264208 200 9160350 氏体中碳的质量分数 10 10 10 102 10 10 tls 2实验结果及分析 图230 SiMnCrB5热成形钢的连续冷却转变曲线 Fig.2 CCT curves of 30SiMnCrB5 hot stamping steel 2.1连续冷却转变曲线及相变规律研究 图2为30 SiMnCrB:5热成形钢的连续冷却转变 2.2微观组织演变规律及力学性能分析 曲线.在5℃·s1的加热速度下，30 SiMnCrB5热成 经热轧、冷轧退火及热成形模拟后钢板的显微 形钢的奥氏体转变开始点Ac,和奥氏体转变结束点 组织如图5和图6所示.热轧板主要由多边形铁素 Ac较高，分别为798℃和868℃.结合图3显微组 体和片层状珠光体组成，珠光体占65%左右，片层 织可以看出：当冷却速度为0.1~0.5℃·s1时，主要 间距为400~500nm;经过再结晶退火后，钢板的微第 10 期 程俊业等: 30SiMnCrB5 热成形钢的微观组织和力学性能 图 1 30SiMnCrB5 热成形钢的工艺路线图( FT—终轧温度，WC— 水冷，CT—卷取 温 度，FC—随 炉 冷，ＲT—室 温，CＲ—冷 轧; v1 = 2 ℃·s － 1 ( 850 ～ 950 ℃ ) ，v2 = 20 ℃·s － 1 ( 700 ～ 850 ℃ ) ，v3 = 10 ℃·s － 1 ( 600 ～ 700 ℃ ) ，v4 = 5 ℃·s － 1 ( 350 ～ 600 ℃ ) ; v5 = 2 ℃·s － 1 ( 200 ～ 350 ℃ ) ) Fig． 1 Process schematic diagram of 30SiMnCrB5 hot stamping steel ( FT—finishing temperature，WC—water cooling，CT—coiling tem￾perature，FC—furnace cooling，ＲT － room temperature，and CＲ— cold rolling; v1 = 2 ℃·s － 1 in 950 － 850 ℃，v2 = 20 ℃·s － 1 in 850 － 700 ℃，v3 = 10 ℃·s － 1 in 700 － 600 ℃，v4 = 5 ℃·s － 1 in 600 － 350 ℃， and v5 = 2 ℃·s － 1 in 350 － 200 ℃ ) 集和分析． 采用双喷减薄制备透射电镜试样，双喷 电解液为 5% 高氯酸--乙醇溶液，双喷电压为 20 ～ 30 V，温度为 － 20 ℃ ． Tecnai G2 F30 S--TWIN 型透 射电镜用于观察马氏体的精细亚结构和残余奥氏体 的分布． 利用 D /MAX--ＲB 型 X 射线衍射仪对实验钢中 的残余奥氏体进行了测定，实验参数为铜靶，电压 40 kV，电流 150 mA，步宽为 0. 02°，速度 1°·min － 1 ． 选择 γ 相( 200) γ、( 220) γ和( 311) γ三条衍射线和 α 相( 200) α和( 211) α两条衍射线，共五条衍射线进行 步进扫描，精确测定对应的衍射角 2θ 和积分强度 I． 利用直接比较法［13］计算残余奥氏体的体积分数，在 根据式( 1) 计算残余奥氏体中的碳含量． a = 0. 3555 + 0. 0044ωC ． ( 1) 式中: a 为奥氏体的平均点阵常数，nm; ωC为残余奥 氏体中碳的质量分数． 2 实验结果及分析 2. 1 连续冷却转变曲线及相变规律研究 图 2 为 30SiMnCrB5 热成形钢的连续冷却转变 曲线． 在 5 ℃·s － 1的加热速度下，30SiMnCrB5 热成 形钢的奥氏体转变开始点 Ac1和奥氏体转变结束点 Ac3较高，分别为 798 ℃ 和 868 ℃ ． 结合图 3 显微组 织可以看出: 当冷却速度为 0. 1 ～ 0. 5 ℃·s － 1时，主要 为铁素体、珠光体和贝氏体; 当冷却速度≥1 ℃·s － 1 时，贝氏体消失，出现马氏体组织; 当冷却速度≥ 2 ℃·s － 1时，珠光体消失，主要为铁素体和马氏体组 织; 随着冷却速度的增加，铁素体减少，马氏体逐渐 增多，当冷却速度≥5 ℃·s － 1时，铁素体消失，为完全 马氏体组织． 因此，该成分体系 30SiMnCrB5 热成形 钢的临界冷却速度为 5 ℃·s － 1 ． 从图 2 中可以看出: 由于 Si 和 Cr 的作用，Ac1 和 Ac3点被提高，有利于再结晶退火温度的提高，促 进铁素体的回复再结晶和碳化物的均匀分布; Cr 是 推迟贝氏体转变最有效的元素，导致贝氏体转变区 间的显著右移; C、Mn、Cr 和 B 的综合作用，导致 30SiMnCrB5 热成形钢具有非常好的淬透性，在 5 ℃·s － 1的冷速下，即得到完全马氏体组织，同时使 Ms 和 Mf 点降低，分别为 345 ℃ 和 201 ℃，有利于得 到一定含量的残余奥氏体组织，但 Ms 和 Mf 点不能 过低，过低则导致残余奥氏体含量的增加，不仅降低 了钢板的硬度，而且降低残余奥氏体的稳定性，在钢 板的使用过程中发生马氏体转变，容易导致零部件 的低温断裂等． 图 4 为不同冷却速度下试样的硬度变化曲线． 随着冷却速度的增加，硬 度 显 著 升 高，最 高 可 达 614 HV，对应的冷却速度为 5 ℃·s － 1 ． 当冷却速度进 一步提高时，硬度呈小幅度降低的趋势，但仍维持在 550 HV 以上，这可能是由于随着冷却速度的增加， 部分奥氏体来不及转变成马氏体，使组织中存在一 定含量的残余奥氏体组织，从而导致硬度的降低． 图 2 30SiMnCrB5 热成形钢的连续冷却转变曲线 Fig． 2 CCT curves of 30SiMnCrB5 hot stamping steel 2. 2 微观组织演变规律及力学性能分析 经热轧、冷轧退火及热成形模拟后钢板的显微 组织如图 5 和图 6 所示． 热轧板主要由多边形铁素 体和片层状珠光体组成，珠光体占 65% 左右，片层 间距为 400 ～ 500 nm; 经过再结晶退火后，钢板的微 · 1031 ·