低成本C-Si-Mn雙相鋼DP600開發(fā)試驗(yàn)研究

張玉偉 趙萬強(qiáng) 馬鵬飛

摘 要：在某1780生產(chǎn)線上，采用C-Si-Mn簡單成分體系低成本策略，采用控軋控冷工藝，在600MPa級熱軋雙相鋼在工業(yè)試生產(chǎn)中取得一定突破，本文具體闡述了化學(xué)成分及工藝條件對雙相鋼微觀組織及性能影響。

關(guān)鍵詞：C-Si-Mn雙相鋼;控軋控冷工藝;工藝參數(shù)

前言

隨著汽車和工程機(jī)械等行業(yè)節(jié)能、減重要求，高強(qiáng)鋼的開發(fā)引起各方面重視，利用固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化等手段已經(jīng)開發(fā)了各種低合金鋼，顯著地提高了鋼的強(qiáng)度，但是也伴隨著塑性惡化、成型性能下降。為協(xié)調(diào)強(qiáng)度與塑性配合，引入復(fù)合材料設(shè)計(jì)理念，開發(fā)了雙相鋼，雙相鋼系特指經(jīng)臨界區(qū)處理或控制軋制得到的主要由鐵素體和馬氏體按一定比例所構(gòu)成的鋼。這種鋼具有屈服點(diǎn)低、屈強(qiáng)比低、初始加工硬化率高。在拉伸曲線上為連續(xù)屈服以及強(qiáng)度和延性配合好等特點(diǎn)。雙相鋼能協(xié)調(diào)強(qiáng)度和塑性的配合，具有優(yōu)良的強(qiáng)度和延伸率配合等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的市場前景，并將可能占據(jù)汽車用鋼市場的80%[1～2]。

本文介紹某1780生產(chǎn)線，采用普通C- Si-Mn成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的600MPa級低成本的熱軋雙相鋼的組織、性能特點(diǎn)，為規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)熱軋雙相鋼制定工藝參數(shù)提供參考。

1 化學(xué)成分確定

低成本雙相鋼選用C- Si-Mn系，其化學(xué)成分見表1。化學(xué)成分中主要元素對組織、性能及生產(chǎn)工藝的影響

（1）碳直接影響臨界區(qū)處理后雙相鋼中馬氏體的體積分?jǐn)?shù)和馬氏體碳含量。一般雙相鋼中碳應(yīng)該在O.10%以下，以便得到工業(yè)上常用20%左右的馬氏體體積分?jǐn)?shù)，馬氏體中碳含量為O.40%以下的雙相鋼。這對延性和斷裂抗力改善都有好處。

（2）錳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，在中間緩冷階段延遲珠光體和貝氏體的形成，提高鋼的淬透性，從而促進(jìn)在緩冷結(jié)束后的強(qiáng)制冷卻過程中形成馬氏體。因此當(dāng)含錳量較低時，鐵素體相變后的殘余奧氏體不穩(wěn)定，在冷卻過程中容易相變?yōu)樨愂象w組織，不能得到DP鋼要求的鐵素體和馬氏體鋼組織。

（3）硅屬于置換型合金元素，通過固溶強(qiáng)化可提高鋼的強(qiáng)度;同時硅是鐵素體的形成元素，在熱軋DP鋼的軋制后緩冷階段中，硅主要是促進(jìn)鐵素體生成，通過相變時成分的再分布，使碳向未轉(zhuǎn)變的奧氏體中富集;進(jìn)而提高奧氏體的淬透性能，有利于在第二階段快速冷卻階段中形成馬氏體。

2 工業(yè)生產(chǎn)過程及軋制參數(shù)設(shè)定

2.1工業(yè)生產(chǎn)過程

DP600熱軋雙相鋼生產(chǎn)工藝路線為：鐵水預(yù)處理→150t提釩轉(zhuǎn)爐提釩→LF精煉處理→薄板坯連鑄→空冷72小時→加熱爐板坯均勻加熱→高壓水除鱗→粗軋機(jī)軋制→熱卷箱→精軋機(jī)軋制→層流冷卻→空冷→二次層流冷卻→低溫卷取

工業(yè)試驗(yàn)DP600雙相鋼成品厚度為3.9mm，在成品上取拉伸試樣，測試?yán)煨阅?并在拉伸試樣附近截取金相試樣，經(jīng)4%硝酸酒精侵蝕，用金相顯微鏡觀察微觀組織。

2.2軋制參數(shù)設(shè)定

（1）將連鑄過來的中間坯在加熱爐內(nèi)加熱到1180℃左右并保溫半小時以上使其完全奧氏體化。

（2）通過DP600雙相鋼試驗(yàn)確認(rèn)，奧氏體轉(zhuǎn)變鐵素體的問題在750～650℃（723℃），因此終軋溫度在820℃以下時，雙相鋼軋制成功率較高

（3）通過試驗(yàn)證實(shí)，開發(fā)的低成本C-Si-Mn雙相鋼，隨著二次層流冷卻溫度 ? ? ? ? ? ? ? ? 變化，試驗(yàn)鋼的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度無明顯變化，屈強(qiáng)比隨著二次層流冷卻溫度升高而降低。

（4）卷取溫度對軋制雙相鋼的顯微組織有重要影響。合理的卷取溫度應(yīng)是既避免鐵素體時效，又保證得到清潔的鐵素體和一定體積分?jǐn)?shù)的馬氏體相。卷取溫度升高，對屈服強(qiáng)度沒有明顯影響;抗拉強(qiáng)度則隨卷取溫度升高而下降，這與組織中馬氏體量減少及馬氏體的回火有關(guān)。屈服比隨著卷取溫度升高呈下降趨勢;總延伸率一般隨卷取溫度升高而升高，但使卷取溫度升高僅使均勻延伸率略有改善。塑性變形各向異性比r和加工硬化指數(shù)n在220℃時取得峰值。綜合強(qiáng)度和延性，卷取溫度在220℃～250℃左右綜合性能配合最好

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1力學(xué)性能

開發(fā)的厚度為3.9mm雙相鋼，實(shí)測力學(xué)性能與日本JISG3134：2006產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對比情況屈服強(qiáng)度取均勻變形最初0.2%處的應(yīng)力值（RP0.2）。

3.2顯微組織

開發(fā)的DP600雙相鋼顯微組織，其中白色組織為馬氏體，同時伴隨有微量的下貝氏體，灰色組織為鐵素體。采用網(wǎng)格法統(tǒng)計(jì)估計(jì)的馬氏體體積分?jǐn)?shù)為16～20%;鐵素體晶粒平均直徑為6～10um;馬氏體島在鐵素體晶粒間呈不規(guī)則多邊形分布。

4 結(jié)論及遺留問題

4.1為降低成本，1780生產(chǎn)線開發(fā)經(jīng)濟(jì)型雙相鋼以Si、Mn為主要合金元素，通過精確冷卻控制過程實(shí)現(xiàn)少或不加Cr、Mo等合金元素，因此對熱連軋機(jī)機(jī)組和控軋空冷設(shè)備有嚴(yán)格要求，在前期試制過程中已經(jīng)完成了相關(guān)的工藝設(shè)備的測試工作。

4.2軋制工藝參數(shù)對低成本C-Si-Mn雙相鋼DP600的組織和性能至關(guān)重要，為獲得鐵素體和馬氏體雙相組織，層流冷卻需采用二次層流冷卻策略，然后快速冷至300℃以下溫度進(jìn)行低溫卷取。

4.3從本次生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果來看，1780生產(chǎn)線已具備生產(chǎn)低溫卷取型簡單成分C-Si-Mn熱軋雙相鋼DP600能力，通過與日本標(biāo)準(zhǔn)JISG—3134中對應(yīng)牌號熱軋雙相鋼SPFH—590Y的各項(xiàng)指標(biāo)對比，滿足600MPa級雙相鋼的設(shè)計(jì)要求。

4.4從本次生產(chǎn)試驗(yàn)過程中，低成本C-Si-Mn系熱軋雙相鋼對生產(chǎn)設(shè)備及工藝的精度要求非常高，在試制過程中也并非所有試驗(yàn)鋼都能滿足雙相鋼的性能要求，因此在下一步工作過程中還需從提高設(shè)備、工藝控制精度，及如何擴(kuò)大C-Si-Mn系熱軋雙相鋼溫度窗口兩方面入手來提高雙相鋼DP600的生產(chǎn)穩(wěn)定性。

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