工艺参数对超低碳烘烤硬化钢固溶碳含量和烘烤硬化性能的影响

史学星, 鞠新华, 鹿宪宝, 尉 冬

(首钢集团有限公司技术研究院, 北京 100043)

汽车用超低碳烘烤硬化钢(ULC-BH钢)是一种在冲压成型前具有较低的屈服强度，经过冲压成型或预先拉伸变形后，再通过烘烤温度的时效处理，屈服强度可以得到一定程度提高的优质汽车用钢。对烘烤硬化钢来说，固溶元素特别是固溶碳含量是影响其烘烤硬化性能(即烘烤硬化值BH2)的最主要因素，因此实现定量分析固溶碳含量是十分必要的[1-8]。由于超低碳烘烤硬化钢中的固溶碳含量与热轧、冷轧工艺以及BH2值等之间的关系较为复杂，笔者希望利用内耗技术建立了固溶碳含量与最终成品BH2值之间的关系，并由此找到兼顾材料力学性能的最佳工艺参数并应用于指导实际生产。笔者主要针对超低碳烘烤硬化钢模拟考察了不同热轧卷曲温度、退火温度和缓冷温度对试验钢固溶碳含量和BH2值的影响规律，从而为烘烤硬化钢的现场工艺改进提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为ULC-BH钢热轧板坯，其化学成分(质量分数)为0.002 1%C、0.05%Si、0.15%Mn和微量铌、钛等元素，厚度为4.5 mm。在中试模拟试验室，按照不同热轧卷曲温度、不同退火温度和缓冷温度分别进行工艺模拟，考察不同工艺下试验钢的固溶碳含量和BH2值变化规律。具体的模拟工艺为：①将相同成分的热轧板坯分别采用不同的卷曲温度(660，700，730 ℃)进行热轧卷曲，随后将不同热轧卷取温度的产品冷轧后均采用780 ℃均热退火，带速为200 m·min-1；②将相同成分的700 ℃热轧卷经冷轧后分别采用不同的温度(780，810，840 ℃)进行退火处理；③将相同成分经过700 ℃热轧卷曲、780 ℃退火处理后的试验板分别采用不同的缓冷温度(650，680，710 ℃)进行缓冷。

1.2 试验方法

采用FTA-700型钢中固溶碳测定仪，按照GB/T 13665-2007《金属阻尼材料阻尼本领试验方法 扭摆法和弯曲振动法》规定的方法加工出55 mm×4 mm×1 mm的矩形待测试样进行内耗试验。

采用Z100型万能拉伸试验机按照国家标准GB/T 24174-2009《钢 烘烤硬化值(BH2)的测定方法》，测量经过预拉伸2.0%总应变的试样在温度170 ℃下烘烤20 min后下屈服强度相对于试样2.0%总应变对应的强度的增加值，即BH2值。

2 试验结果与分析

2.1 不同卷曲温度的影响

不同卷曲温度下试验钢的内耗、固溶碳含量和BH2值变化曲线如图1所示。由图1a)可见。ULC-BH试验钢在660，700，730 ℃的卷曲温度下，其内耗试验均在50 ℃附近出现明显了的C-Snoek峰，但随着卷曲温度的升高C-Snoek峰高值差别不大，约为0.000 55。利用固溶碳引起的内耗峰与固溶碳之间的线性关系，可定量计算出660，700，730 ℃对应的固溶碳含量(质量分数，下同)分别为2.46×10-6，2.74 ×10-6，2.54×10-6，由计算结果来看卷曲温度对试验钢的固溶碳含量影响不大，且差别在0.3×10-6范围内，如图1b)所示。同时由图1c)也可以看出，卷取温度对最终成品的BH2值影响不明显。

图1 不同卷取温度下ULC-BH钢的内耗曲线、固溶碳含量及BH2值Fig.1 The a) internal friction curves, b) solid solution carbon content and c) BH2 value of the ULC-BH steel at different crimping temperatures

2.2 退火温度的影响

不同退火温度下试验钢的内耗、固溶碳含量和BH2值变化曲线如图2所示。由2可以看出，退火温度对ULC-BH试验钢中的固溶碳含量和BH2值影响非常敏感。ULC-BH试验钢在780，810，840 ℃的退火温度下，其内耗试验在50 ℃附近也均出现明显的C-Snoek峰；退火温度由780 ℃提高到840 ℃，C-Snoek内耗峰高值由0.000 50提高到0.000 65。对图2a)中不同退火温度下的C-Snoek内耗峰拟合计算得出780，810，840 ℃对应的固溶碳含量分别为2.22×10-6，4.11 ×10-6，7.15×10-6，即固溶碳含量随着退火温度升高而增大，幅度为2×10-6～3×10-6，如图2b)所示。由图2c)可以看出，试验钢的BH2值也随着退火温度升高而增大。

图2 不同退火温度下ULC-BH钢的内耗曲线、固溶碳含量及BH2值Fig.2 The a) internal friction curves, b) solid solution carbon content and c) BH2 value of the ULC-BH steel at different annealing temperatures

2.3 缓冷温度的影响

不同缓冷温度下试验钢的内耗、固溶碳含量和BH2值变化曲线如图3所示。由3可以看出，缓冷温度对ULC-BH试验钢中的固溶碳含量和BH2值影响也非常敏感。ULC-BH试验钢在650，680，710 ℃不同的缓冷温度下，其内耗试验在50 ℃附近都出现明显的C-Snoek峰,但缓冷温度由650 ℃提高到710 ℃时，C-Snoek内耗峰高值由0.000 72降低到0.000 55。对图3a)中不同缓冷温度下的C-Snoek内耗峰拟合计算得出650，680，710 ℃对应的固溶碳含量分别为4.58 ×10-6，3.99 ×10-6，2.57×10-6。即缓冷温度为650 ℃和680 ℃时，试样钢中固溶碳含量差异不大，但缓冷温度由680 ℃升高到710 ℃，其固溶碳含量随着缓冷温度升高而降低，幅度约1.5 ×10-6，如图3b)所示。由图3c)可以看出，试验钢的BH2值也随着缓冷温度升高而降低。

图3 不同缓冷温度下ULC-BH钢的内耗曲线、固溶碳含量及BH2值Fig.3 The a) internal friction curves, b) solid solution carbon content and c) BH2 value of the ULC-BH steel at different slow cooling temperatures

3 结论

(1) 不同的工艺参数对超低碳烘烤硬化钢中的固溶碳含量和BH2值都有较大影响，卷曲温度对试验钢固溶碳含量和BH2值影响较小。

(2) 随着退火温度升高，试验钢的固溶碳含量和BH2值都逐渐增大；且退火温度由780 ℃升至840 ℃，固溶碳含量增加2×10-6～3×10-6。

(3) 随着缓冷温度升高，试验钢的固溶碳含量和BH2值都逐渐减小；且缓冷温度由650 ℃升至710 ℃，固溶碳含量降低约1.5×10-6。