·1300 北京科技大学学报 第36卷 强度≥1500MPa,总伸长率≥5%，强硬度和耐磨性 厚度为6mm的热轧板坯，终轧温度为870℃，水冷 高，无开裂，无回弹，尺寸精度高，能够进行复杂零 至660℃，在保温炉中保温1h模拟卷取后随炉冷至 部件加工，从一定程度上弥补了超高强钢板冷成 室温：热轧板经酸洗后，冷轧压下率为75%，得到厚 形的不足n-习 度为1.5mm的冷轧板：冷轧板的退火工艺采用再结 近些年来，国内外相关学者对热成形技术方面 晶退火，在箱式马弗炉进行，退火温度为760℃，保 做了大量研究，主要包括材料高温力学行为、摩擦与 温1h后，随炉冷却至室温；对于一些简单零件在热 润滑、热成形设备创新、模具冷却系统的设计与制 成形过程中只发生局部变形，大部分位置并没有发 造、数值模拟、表面涂镀层技术等方面-.Naderi 生变形，其微观组织主要与温度的变化有关.因此， 等6-研究了等温变形和不等温变形对贝氏体相变 本研究中的热成形工艺不考虑热变形的影响，在 和马氏体相变的影响.S0等回重点研究了热成形 ULVAC CCT一AY-Ⅱ型钢板热处理模拟试验机上进 后的切边和冲孔工艺，提出了经济可行的加工方法， 行温度的模拟，加热温度为950℃，保温10min,采 并提高了模具使用寿命和产品质量.Jang等o研 用多段冷却速度的方法模拟热成形工艺的冷却过 究了A!镀层的锰硼钢在不同温度变形过程中的流 程，如图1所示.850~950℃区间模拟空冷，1= 变行为和对A!镀层的影响.国内同济大学、大连理 2℃·s-1:700~850℃区间模拟接触冷却第一阶段， 工大学、机械科学研究总院等院校和科研机构亦做 2=20℃·s-1;600~700℃区间模拟接触冷却第二 了相关热成形工艺装备方面的研究，北京科技大学 阶段，=10℃·s-1;350~600℃区间模拟接触冷却 研究了22MB5钢的退火工艺，并利用电子背散射 衍射研究了不同回火温度对30MnB5钢晶体结构的 第三阶段，4=5℃·s-1:200~350℃区间模拟接触 影响1口.但是，针对热成形钢材料的研究较少， 冷却第四阶段，=2℃·s1;最后空冷至室温 目前仍以22MnB5热成形钢作为主要研究对象 利用德国DL805A热膨胀仪进行静态连续冷 传统22B5钢经热成形加工成零件后，基体 却转变(CCT)实验，加热速度为5℃·s·,并且根据 组织为完全马氏体组织，其板条内存在大量位错，虽 标准YB/T5128一1993，选择奥氏体化温度为 然强度较高，但塑韧性较差.本研究设计了一种C一 900℃，保温时间为10min,以保证充分奥氏体化和 Si-MnCr-B系热成形钢，系统模拟了热轧、冷轧、 碳化物完全溶解，并以不同的冷却速度冷却至室温， 退火及热成形工艺，获得了具有马氏体+残余奥氏 冷却速度为0.1、0.5、1、2、3、4、5、7.5、10、20和 体的复相组织，在提高热成形钢强度的同时，改善了 30℃·s1.记录冷却过程中膨胀量随时间和温度的 塑韧性.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X 变化，并输出时间/温度一膨胀量曲线 射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等先进 在热轧、冷轧退火及热成形模拟后的钢板上沿 技术手段分析了该成分体系热成形钢的微观组织形 轧向取50mm标距的拉伸试样，以2 mm'min-的拉 貌、力学性能及晶体学结构，判定了马氏体变体与母 伸速度在室温下进行拉伸试验，对每种状态的拉伸 相的取向关系 试样进行两次拉伸测试，力学性能指标取其平均值 经连续冷却转变、轧制、退火及热成形模拟后钢板的 实验材料及方法 金相样经抛光、4%硝酸乙醇溶液浸蚀后，在ZEISS 实验用30 SiMnCrB5热成形钢采用50kg真空感 AX10光学显微镜(OM)和ZEISS ULTRA55型场发 应炉治炼成铸锭并锻造成方坯，主要化学成分为 射扫描电镜下观察其显微组织，利用维氏硬度计测 (质量分数/%)：C0.30,Si1.50,Mn1.00,Cr1.00, 试不同冷却速度下试样的显微硬度，每个试样测量 B0.002,其余为Fe和不可避免的杂质.其中C、Mn 三次，取其平均值.根据热膨胀曲线、显微组织及维 等元素为典型的稳定奥氏体元素：Si能够抑制碳化 氏硬度对30 SiMnCrB:5热成形钢进行连续冷却转变 物的形成，增加C的活性，使得残余奥氏体中的固 曲线的绘制. 然C增多，从而稳定奥氏体：Cr元素等能够提高钢 在热成形模拟后的钢板上切割6mm×5mm的 板的淬透性，推迟珠光体贝氏体相变，并且C能够 电子背散射衍射试样，试样经砂纸研磨和电解抛光 降低马氏体转变开始点Ms和马氏体转变结束点Mf 后，在带有HKL系统的ZEISS ULTRA55型场发射 点，这对于得到一定含量的残余奥氏体是十分关 扫描电镜上进行取向成像分析，加速电压为20kV, 键的 步长为0.2m.将制备好的试样放在倾角为70°的 锻坯经1200℃保温1h后，经5道次轧制，得到 样品台上，采用HKL CHANNEL5软件进行数据采北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 强度≥1500 MPa，总伸长率≥5% ，强硬度和耐磨性 高，无开裂，无回弹，尺寸精度高，能够进行复杂零 部件加工，从一定程度上弥补了超高强钢板冷成 形的不足［1 － 3］． 近些年来，国内外相关学者对热成形技术方面 做了大量研究，主要包括材料高温力学行为、摩擦与 润滑、热成形设备创新、模具冷却系统的设计与制 造、数值模拟、表面涂镀层技术等方面［4 － 5］． Naderi 等［6 － 8］研究了等温变形和不等温变形对贝氏体相变 和马氏体相变的影响． So 等［9］重点研究了热成形 后的切边和冲孔工艺，提出了经济可行的加工方法， 并提高了模具使用寿命和产品质量． Jang 等［10］研 究了 Al 镀层的锰硼钢在不同温度变形过程中的流 变行为和对 Al 镀层的影响． 国内同济大学、大连理 工大学、机械科学研究总院等院校和科研机构亦做 了相关热成形工艺装备方面的研究，北京科技大学 研究了 22MnB5 钢的退火工艺，并利用电子背散射 衍射研究了不同回火温度对 30MnB5 钢晶体结构的 影响［11 － 12］． 但是，针对热成形钢材料的研究较少， 目前仍以 22MnB5 热成形钢作为主要研究对象． 传统 22MnB5 钢经热成形加工成零件后，基体 组织为完全马氏体组织，其板条内存在大量位错，虽 然强度较高，但塑韧性较差． 本研究设计了一种 C-- Si--Mn--Cr--B 系热成形钢，系统模拟了热轧、冷轧、 退火及热成形工艺，获得了具有马氏体 + 残余奥氏 体的复相组织，在提高热成形钢强度的同时，改善了 塑韧性． 利用扫描电镜( SEM) 、透射电镜( TEM) 、X 射线衍射( XＲD) 、电子背散射衍射( EBSD) 等先进 技术手段分析了该成分体系热成形钢的微观组织形 貌、力学性能及晶体学结构，判定了马氏体变体与母 相的取向关系． 1 实验材料及方法 实验用 30SiMnCrB5 热成形钢采用 50 kg 真空感 应炉冶炼成铸锭并锻造成方坯，主要化学成分为 ( 质量分数/% ) : C 0. 30，Si 1. 50，Mn 1. 00，Cr 1. 00， B 0. 002，其余为 Fe 和不可避免的杂质． 其中 C、Mn 等元素为典型的稳定奥氏体元素; Si 能够抑制碳化 物的形成，增加 C 的活性，使得残余奥氏体中的固 然 C 增多，从而稳定奥氏体; Cr 元素等能够提高钢 板的淬透性，推迟珠光体贝氏体相变，并且 Cr 能够 降低马氏体转变开始点 Ms 和马氏体转变结束点 Mf 点，这对于得到一定含量的残余奥氏体是十分关 键的． 锻坯经 1200 ℃保温 1 h 后，经 5 道次轧制，得到 厚度为 6 mm 的热轧板坯，终轧温度为 870 ℃，水冷 至 660 ℃，在保温炉中保温 1 h 模拟卷取后随炉冷至 室温; 热轧板经酸洗后，冷轧压下率为 75% ，得到厚 度为 1. 5 mm 的冷轧板; 冷轧板的退火工艺采用再结 晶退火，在箱式马弗炉进行，退火温度为 760 ℃，保 温 1 h 后，随炉冷却至室温; 对于一些简单零件在热 成形过程中只发生局部变形，大部分位置并没有发 生变形，其微观组织主要与温度的变化有关． 因此， 本研究中的热成形工艺不考虑热变形的影响，在 ULVAC CCT--AY--Ⅱ型钢板热处理模拟试验机上进 行温度的模拟，加热温度为 950 ℃，保温 10 min，采 用多段冷却速度的方法模拟热成形工艺的冷却过 程，如图 1 所示． 850 ～ 950 ℃ 区间模拟空冷，v1 = 2 ℃·s － 1 ; 700 ～ 850 ℃区间模拟接触冷却第一阶段， v2 = 20 ℃·s － 1 ; 600 ～ 700 ℃ 区间模拟接触冷却第二 阶段，v3 = 10 ℃·s － 1 ; 350 ～ 600 ℃区间模拟接触冷却 第三阶段，v4 = 5 ℃·s － 1 ; 200 ～ 350 ℃ 区间模拟接触 冷却第四阶段，v5 = 2 ℃·s － 1 ; 最后空冷至室温． 利用德国 DIL 805A 热膨胀仪进行静态连续冷 却转变( CCT) 实验，加热速度为 5 ℃·s － 1，并且根据 标准 YB /T 5128—1993，选择奥氏体化温度为 900 ℃，保温时间为 10 min，以保证充分奥氏体化和 碳化物完全溶解，并以不同的冷却速度冷却至室温， 冷却 速 度 为 0. 1、0. 5、1、2、3、4、5、7. 5、10、20 和 30 ℃·s － 1 ． 记录冷却过程中膨胀量随时间和温度的 变化，并输出时间/温度--膨胀量曲线． 在热轧、冷轧退火及热成形模拟后的钢板上沿 轧向取 50 mm 标距的拉伸试样，以 2 mm·min － 1的拉 伸速度在室温下进行拉伸试验，对每种状态的拉伸 试样进行两次拉伸测试，力学性能指标取其平均值． 经连续冷却转变、轧制、退火及热成形模拟后钢板的 金相样经抛光、4% 硝酸乙醇溶液浸蚀后，在 ZEISS AX10 光学显微镜( OM) 和 ZEISS ULTＲA 55 型场发 射扫描电镜下观察其显微组织，利用维氏硬度计测 试不同冷却速度下试样的显微硬度，每个试样测量 三次，取其平均值． 根据热膨胀曲线、显微组织及维 氏硬度对 30SiMnCrB5 热成形钢进行连续冷却转变 曲线的绘制． 在热成形模拟后的钢板上切割 6 mm × 5 mm 的 电子背散射衍射试样，试样经砂纸研磨和电解抛光 后，在带有 HKL 系统的 ZEISS ULTＲA 55 型场发射 扫描电镜上进行取向成像分析，加速电压为 20 kV， 步长为 0. 2 μm． 将制备好的试样放在倾角为 70°的 样品台上，采用 HKL CHANNEL 5 软件进行数据采 · 0031 ·