偏析对27MnCrB5性能的影响

张春花， 宫巨龙， 杨忠梅

（河钢集团唐山不锈钢有限责任公司， 河北 唐山 063105）

随着国内汽车行业向着轻量化的方向发展，汽车上应用高强钢，可以在保证安全性的前提下有效地减轻车身质量，降低车辆百公里燃油消耗，对节能环保事业具有很强地推动作用。27MnCrB5汽车空心稳定杆钢由于其强度高延伸性好，热轧态的抗拉强度一般在700 MPa以下，淬火后强度可提升至1500 MPa以上,可以用厚度10~12 mm的钢替代超厚规格20 mm的钢，从而达到减轻车身整体质量的效果，已被各大钢铁企业争相开发，以占领汽车钢市场。唐山不锈钢公司（全文简称唐钢）在1580热轧产线生产27MnCrB5过程中，组织出现反偏析，偏析存在于上下表面三分之一区域内，中间为无偏析的带状组织，俗称反偏析、逆偏析或三明治偏析。虽然性能满足协议要求，但为了提高产品质量，对产品性能的影响，对钢卷进行拉伸试验均匀性、不同温度冲击试验均匀性分析，以便改进工艺。

1 检测数据

1.1 成分和性能检测数据

材料合金成分：w（C）=0.28%，w（Si）=0.25%，w（Mn）=1.25%，w（S）=0.004%，w（P）=0.018%，w（Alt）=0.003%，w（Cr）=0.39%，w（Ti）=0.035%，w（B）=0.003% ，w（N）=0.0036%；性能为 Rm=631 MPa，ReL=417 MPa，A=24.5%，满足设计要求范围。材料采用复合微合金强化，发挥Cr、B的细晶强化和沉淀强化作用，添加适量的硼，使27MnCrB5钢的淬透性显著提高[1]。

1.2 铸坯低倍分析

严重的中心偏析会导致产品在使用过程中出现冲压分层、冲压开裂、折弯开裂、冲击功不合等质量问题[2]。对轧制前的铸坯低倍组织进行调取查看分析，如图1为中心偏析C类0.5级，属于偏析较轻微。

图1 铸坯低倍图片

1.3 显微组织

金相样用4%硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下进行显微组织观察和采集，得到的组织如图1所示。钢中非金属夹杂物的不合理分布，严重恶化钢的性能，且会导致产品成材率降低[3]。试样中夹杂物为D类细系0.5级，未达到影响性能的程度。材料由珠光体和铁素体构成，珠光体中片层明显。上下距表面1/3区域为珠光体偏析层,中间为带状层带状组织2级晶粒度11级，图1所示。珠光体偏析带的存在会明显降低钢材的塑性和冷成型性能，以及阻止裂纹扩展能力，并可能使得韧脆转变温度升高，从而使钢的低温冲击韧性变差[4]。

2 试验分析

为了研究偏析对钢板性能的影响，进行不同位置不同方向拉伸均匀性试验和系列冷却温度冲击试验。

图2 显微组织

2.1 拉伸性能均匀性试验

从通宽样板上制取不同位置拉伸试样，进行试验，检验结果见表1。可见性能均满足设计要求且波动小，均匀性良好，说明拉伸性能不受偏析影响。

表1 拉伸试验结果

2.2 系列低温冲击试验

冲击试验用纵向V型缺口，试样尺寸为10mm×10 mm×55mm，冲击功数据见表2。可见随着温度的降低，冲击功呈阶梯状下降，温度每降低20℃，冲击功下降20～30 J，脆性转变为-20℃，生产的其他高强汽车用钢基本为-40℃。通常来说，随着高强钢强度的提高，韧性也会降低，同时由于热轧高强钢组织比较复杂，因此其冲击功存在不稳定的现象。

表2 冲击试验结果

3 生产工艺调整的讨论

高强度微合金钢强度的提高主要由超细晶粒来提供。在控轧中使用微合金元素，使之在钢种形成碳、氮及碳氮化合物，利用在不同条件下产生溶解和析出机理起抑制晶粒长大及产生沉淀强化作用。碳在高强度钢中是最有效的强化元素，同时也是形成珠光体组织的元素，能明显降低塑形使韧脆转变温度升高。锰能与Fe无限固溶，在提高钢材强度的同时，对塑性的影响相对较小，能细化铁素体晶粒尺寸来提高冲击性能。极微量的硼能够显著提高钢的淬透性，使钢的临界冷却速度大幅度降低。

降低碳含量，从而减少组织中的珠光体含量，由以往生产 26MnB5和 34MnB5的经验，w（C）由0.28%调整为0.26%，w（Mn）由1.25%调整为1.28%，w（B）由0.003%调整为0.002%。生产时需对钢卷实行热区堆放缓冷，以提高强度和强度的均匀性[5]。进行控轧控冷，终轧温度由860℃调整为880℃，卷取温度由700℃调整为720℃。控制轧后快速冷却能产生强韧化效果，进一步细化铁素体晶粒，使珠光体分布均匀。轧后立即开始层流冷却，冷却速度太高使脆性转变温度升高，最佳冷却速度为7～15℃/s。

改进工艺后，反偏析现象消失，带状组织2级，晶粒度保持12级，强度平均升高20 MPa，冲击功得到提升，见表3。

表3 改后冲击试验结果

4 结论

1）27MnCrB5显微组织中存在异常的反偏析，拉伸性能不受影响。

2）偏析影响低温冲击功，冲击功较低的主要原因是在钢板厚度距离上下表面1/3区域有比较严重的珠光体偏析带。

3）优化成分降低碳硼含量提高锰含量，以减少组织中的珠光体含量,偏析程度得到缓解。

4）进行控轧控冷，调整终轧温度和卷取温度，提高冷却速度，细化晶粒保证高强度，强度提高20MPa，脆性转变温度由-20℃降为-40℃。