熱軋雙相鋼生產(chǎn)工藝與組織性能控制

摘 要:雙相鋼主要由鐵素體和馬氏體組成，在拉伸曲線上沒有明顯的屈服平臺(tái)，強(qiáng)屈比大，有利于沖壓成形，在現(xiàn)代汽車用制造上應(yīng)用非常廣泛。本文通過對(duì)雙向鋼生產(chǎn)工藝及其對(duì)組織性能的影響分析，提出雙相鋼組織性能控制的思路，并就生產(chǎn)實(shí)踐情況進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:雙相鋼 生產(chǎn)工藝 組織性能

中圖分類號(hào):TG335.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(b)-0081-02

Abstract:Dual-phase steel mainly composed of ferrite and martensite，the tensile yield curve is no obvious platform，tensile yield ratio is conducive to metal forming，in the modern automotive manufacturing is widely used. Based on the dual-phase steel production process and its impact on organizational performance analysis，the idea of organizational performance of dual-phase steel and production practices on the situation were discussed.

Key Words:dual-phase steel;producton process;organizational performance;

1 雙相鋼概述

雙相鋼是由鐵素體和少量(體積分?jǐn)?shù)<20％)馬氏體組成的高強(qiáng)度鋼，也稱馬氏體雙相鋼，其雙相組織是將低碳鋼或低碳合金鋼經(jīng)過臨界區(qū)熱處理或控軋控冷工藝得到的[1]。這種鋼具有無明顯屈服平臺(tái)、屈服點(diǎn)低、初始加工硬化速率高等特點(diǎn)已成為一種強(qiáng)度高成形性好的新型沖壓用鋼。雙相鋼的開發(fā)對(duì)汽車板材向輕量化、高強(qiáng)度發(fā)展有著重要意義，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)。

2 雙相鋼生產(chǎn)工藝的選擇

雙相鋼的實(shí)際生產(chǎn)工藝主要有兩種:熱處理法和直接熱軋法。相比之下，熱軋法生產(chǎn)雙相鋼工序簡(jiǎn)單、成本低、節(jié)約工時(shí)和能源、便于大規(guī)模生產(chǎn)，成為生產(chǎn)雙相鋼的首選方法[2]。目前，傳統(tǒng)熱軋雙相鋼的生產(chǎn)方法可分為中溫卷取型熱軋法和低溫卷取型熱軋法。

中溫卷取型熱軋法，即在通常的終軋及卷取溫度下獲得雙相組織。其原理是適當(dāng)加入Cr、Mo等元素提高奧氏體在常規(guī)卷取溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，在其連續(xù)冷卻過程中，由于奧氏體的穩(wěn)定化而存在一個(gè)“窗口”，在“窗口”溫度下進(jìn)行卷取，在室溫下獲得F+M組織。這種軋制方法的卷取溫度為500～600℃。

低溫卷取型熱軋法，即極低溫鋼帶在Ms點(diǎn)以下進(jìn)行卷取，以獲得雙相組織。這種方法利用熱連軋后具有較長的輸出輥道和軋后強(qiáng)制冷卻設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，在熱軋階段采用控軋工藝，軋后在輸出輥道上采用快速冷卻，將熱鋼帶冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms溫度以下，并進(jìn)行卷取。這種軋制方法的卷取溫度為100～300℃。

這兩種生產(chǎn)工藝的特點(diǎn):采取中溫卷取型熱軋法生產(chǎn)雙相鋼優(yōu)點(diǎn)是對(duì)冷卻能力要求不高，可適用于多數(shù)熱帶生產(chǎn)線;缺點(diǎn)是由于鋼中要加入Cr，Mo等合金元素，成本較高;采取低溫卷取型熱軋法時(shí)優(yōu)點(diǎn)是使用合金量少，冶煉成本較低;缺點(diǎn)是Si含量較高，表面氧化鐵皮難以去除，另外層流冷卻需要較高的冷卻速度。

3 生產(chǎn)工藝對(duì)熱軋雙相鋼組織性能的影響

3.1 終軋溫度的影響

終軋溫度對(duì)雙相鋼性能的影響與鋼中的合金元素種類及含量有關(guān)。對(duì)于一個(gè)給定成分的合金，有一個(gè)最佳的終軋溫度范圍。在這一溫度范圍內(nèi)，熱軋雙相鋼的屈服強(qiáng)度較低，屈強(qiáng)比較低，均勻延伸和總延伸率較高。最佳終軋溫度通常與未變形材料的Ar3對(duì)應(yīng)。一般說終軋溫度升高，屈服強(qiáng)度提高。

終軋溫度的控制有兩種方法:一是接近Ar3的溫度在γ區(qū)結(jié)束軋制，可得到細(xì)晶粒組織。同時(shí)，在熱軋過程中，由于形成高密度的位錯(cuò)和其它缺陷，變形位能升高，因而在積累變形和奧氏體細(xì)晶化的影響下加速鐵素體的析出，為冷卻后形成一定的組織狀態(tài)創(chuàng)造了條件。

兩相區(qū)軋制時(shí)，隨著兩相區(qū)溫度的逐漸降低，如果在此時(shí)結(jié)束軋制，將使析出的鐵素體經(jīng)受軋制變形，在鐵素體中形成熱加工硬化型的位錯(cuò)組織，使鋼的強(qiáng)度升高，塑性降低，甚至出現(xiàn)組織和性能的各向異性，故應(yīng)根據(jù)要求來控制兩相區(qū)的終軋溫度。

3.2 冷卻速度的影響

終軋后的冷卻速度的選擇應(yīng)該保證得到適量的先共析鐵素體，又可避免其它非馬氏體組織(如珠光體和上貝氏體)出現(xiàn)，從而在卷取后得到雙相組織。如果冷卻速度太快，則析出的鐵素體量不足，雙相鋼的屈服強(qiáng)度較高，而延性不足。如冷卻速度太慢，則會(huì)出現(xiàn)過多的非馬氏體組織和鐵素體組織。因此，對(duì)不同的鋼種，應(yīng)選擇不同的冷卻速度。一般合金元素含量較高的鋼(含Mn、Si、Cr、Mo等)，終軋后空冷或風(fēng)冷既可保證析出適量的鐵素體又可避免非馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的出現(xiàn)。但對(duì)合金元素含量較少的C-Mn或C-Mn-Si系列鋼，由于其奧氏體的穩(wěn)定性較差，必須采用較快的冷卻速度才可以避免珠光體等非馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的出現(xiàn)。

3.3 卷取溫度的影響

卷取溫度主要影響殘余奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變，從而對(duì)雙相鋼組織性能有重要影響。當(dāng)成分確定時(shí)，卷取溫度過高，殘余奧氏體容易發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變;卷取溫度過低，則容易進(jìn)入貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)而發(fā)生貝氏體等溫轉(zhuǎn)變，兩種情況下都會(huì)導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度降低而屈強(qiáng)比升高，尤其是在卷取溫度過高的情況下。

4 熱軋雙相鋼的生產(chǎn)實(shí)踐情況

某熱帶廠試制HR330/580DP鋼，所有鋼坯都采步進(jìn)式加熱爐加熱，粗軋機(jī)R1軋制3道次，粗軋機(jī)R2軋制5道次，軋制時(shí)前6道次開除磷水，粗軋后保溫罩全程投入使用，精軋機(jī)連軋7道次，層流冷卻采取兩段式控制，卷取后自然空冷。(如表1)

層流冷卻主要參數(shù)為精軋出口速度、終軋溫度、層流冷卻中間溫度、卷取溫度、前/后段冷卻水所開組數(shù)、冷卻速度、空冷時(shí)間等。

為了得到鐵素體+馬氏體的雙相組織，層流冷卻的主要控制參數(shù)為層流冷卻中間溫度、卷取溫度和前后兩階段冷卻速率，需要對(duì)層冷模型中兩階段冷卻速率進(jìn)行人工設(shè)定。

卷取溫度的測(cè)量結(jié)果如圖1所示

HR330/580DP鋼熱軋后力學(xué)性能如表 2所示，性能滿足要求。整體屈強(qiáng)比控制較好。

鋼卷軋制結(jié)束后，鋼卷表面沿著軋制方向通卷都有紅銹

5 結(jié)語

熱軋雙相鋼由于工序相對(duì)簡(jiǎn)單，通過生產(chǎn)的控軋控冷可以獲得比例合適的鐵素體、馬氏體雙相組織，獲得所要求的性能。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐需要在今后的工作中繼續(xù)探討解決如下問題:低溫卷取型雙相鋼對(duì)于層流冷卻的控制要求較高，需要對(duì)冷卻模型進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)冷卻的工藝要求。低溫卷取型雙相鋼在實(shí)際卷取過程中由于卷取溫度控制在300℃以下，導(dǎo)致常規(guī)測(cè)溫儀無法實(shí)現(xiàn)精確控制，需要配備低溫測(cè)溫儀。由于C-Si-Mn系雙相鋼中Si的含量較高，軋制后鋼卷表面紅銹明顯，對(duì)后續(xù)的加工制造帶來影響。

參考文獻(xiàn)

[1]黨淑娥．雙相鋼的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景明．山西機(jī)械，2002，(4):14-15．

[2]董毅等.終軋溫度對(duì)熱軋細(xì)晶雙相鋼組織與性能的影響.金屬熱處理，2001，(5):1-5.

[3] 馬鳴圖，吳寶榕，雙相鋼-物理和力學(xué)冶金.北京冶金工業(yè)出版社會(huì)，2009，79-80.