摘要：通过化学成分设计和组织结构分析，开发了屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为470MPa、560MPa和23%的热镀锌高强结构钢，试验钢的强度主要通过间隙强化、固溶强化、析出强化、细晶强化和组织强化来实现；镀
摘 要：通过化学成分设计和组织结构分析，开发了屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为470MPa、560MPa和23%的热镀锌高强结构钢，试验钢的强度主要通过间隙强化、固溶强化、析出强化、细晶强化和组织强化来实现；镀层较低的铁含量及较少的Fe-Zn脆性相保证了试验钢获得良好的镀层附着力。
关键词：高强钢，热镀锌，附着力
钢铁行业可持续发展面临的严峻问题包括节能、节水、环保、减排等诸方面。要减少能源、水力、煤矿、铁矿等资源消耗，减少粉尘和二氧化碳等污染和气体排放，从根本意义上讲，就是要提高钢材的利用率，其中最有效的方法之一就是中大规模地推广应用高强钢，包括热镀锌高强钢，不仅可以减少材料的使用量，而且可以减少材料的腐蚀，延长材料的使用期限，以此减轻钢铁生产给环境带来的压力。因此，加大高强钢的开发力度，可为高强钢的推广应用提供有效的支撑。本文介绍了热镀锌高强结构钢的组织和性能分析。
1.试验条件
试验钢在工业转炉上进行冶炼，采用吹氩处理，然后进行热连轧和层流冷却，镀锌前对钢板进行碱洗除油、酸洗除锈处理；冶炼钢坯、热轧钢带和钢板成品厚度分别为210mm、40mm和8mm。
试验钢采用金相显微镜和电子探针进行组织结构和显微成分分析，采用拉伸试验机和冷弯试验机进行力学性能分析。
试验钢冶炼的主要化学成分如表1所示。从表中数据可知，试验钢的碳含量控制在0.10%以下，主要是综合考虑了焊接性能和力学性能，因为如果碳含量太高，则材料的焊接性能变差；如果碳含量太低，则材料的抗拉强度偏低。同时，试验钢的锰含量控制在1.20%以上，也是兼顾了材料的焊接性能和力学性能。另外，试验钢的铌含量控制在0.03%
以上，主要是为了增加材料的强度。试验钢的硅、磷、硫等均为杂质元素，其含量越低越好。
表1 试验钢的化学成分(%)
从以上化学成分特点可知，试验钢的强度主要是通过碳原子的间隙强化、锰原子的固溶强化、铌原子的析出强化以及这三种元素的细晶强化来实现，其中，析出强化和细晶强化，在增加材料强度的同时，对材料的塑性损害较小；而钢中主要采用锰和少量的铌为强化元素，相应的生产成本不高；另外，钢中硅、铝等元素含量较低，有利于改善高强钢的镀层附着力。
2.试验结果
试验钢的力学性能如表2所示。从表中数据可知， 试验钢的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为470MPa、560MPa和23%，相应的180°镀层冷弯试验也达到设计标准。
表2 试验钢的力学性能
试验钢的金相组织如图1所示。从图中组织结构观察可知，试验钢的金相组织由先共析铁素体+贝茵铁素体组成，铁素体平均晶粒尺寸在5μm左右，这种晶粒组织具有显著的细晶强化作用，这一点与前面分析的碳、锰、铌元素的细晶强化效果一致。
同时，试验钢的铁素体晶粒具有非等轴的特征，属于贝茵铁素体，这种铁素体在奥氏体缓冷过程中、通过剪切与扩散两种方式形成，其形成温度明显低于铁素体+珠光体中的多边铁素体，相应的位错密度较高，对试验钢具有明显的强化作用。所以说，试验钢还具有明显的位错强化。
图2（a）和（b）分别显示了试验钢的镀层低倍形貌和相应的化学成分分布。从图2（b）铁含量分布曲线可知，试验钢镀层的铁含量较低，仅在镀层与钢基的过渡区有少量的铁含量，说明镀层中Fe-Zn脆性相含量较少，仅在镀层与钢基的过渡区有少量的Fe-Zn脆性相。这一结果与180冷弯镀层附着力试验结果一致，即镀层在冷弯试验后仍保持完好，没有发现开裂现象。
图2 试验钢的宏观镀层形貌和镀层显微化学成分分析结果
a 镀层宏观形貌，b 镀层铁含量分布曲线
3.主要结论
1）通过化学成分设计和组织结构分析，开发了屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为470MPa、560MPa和23%的热镀锌高强钢，相应的180°镀层冷弯试验也达到设计标准。
2）化学成分和组织结构分析表明，试验钢的强度主要是通过碳原子的间隙强化、锰原子的固溶强化、铌原子的析出强化以及这三种元素的细晶强化来实现，非等轴的贝茵铁素体组织对试验钢也有良好的强化作用。
3）镀层显微成分分析显示，试验钢镀层的铁含量较低，仅在镀层与钢基的过渡区有少量的铁含量，说明镀层中Fe-Zn脆性相含量较少，仅在镀层与钢基的过渡区有少量的Fe-Zn脆性相，镀层和过渡层中较少的Fe-Zn脆性相保证了试验钢获得良好的镀层附着力。
