800 MPa级双相组织低屈强比钢厚板研究

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980MPa级冷轧双相钢组织性能研究

ＳｕｄｙｏｉｒｓｒｃｕｅａｅｈａｃｌＰｒｐｅｔｅｆｔｎＭｃｏｔｕｔｒｎｄＭｃｎｉａｏｒｉｓｏ９０ＭＰａＣｏｄｌｄＤｕａ８ｌＲｏｌｅｌＰｈａｅＳｅｌｓｔｅ
随着对汽车减重、能、节高安全性的更高要求拉强度高、工硬化能力强、加总伸长率和均匀伸长易良好的塑性和韧性匹配等诸多及政府相关法规的加严，使先进高强钢在汽车上率大、冲压成形、的应用逐年增加。冷轧双相钢具有屈服强度低、抗优点．是理想的汽车轻量化材料，已成为新一代汽车用高强钢的典型代表＿］目前，１。＿３冷轧双相钢强度
以５１￣／～０Ｃｓ的升温速率将试样加热到７０８０℃ ６～０
０ｓＣｓ的冷却速率缓慢冷却到９０ＭＰ级冷轧双相钢采用ＣＳ— — ｂ合并保温１０，以６￣／８ａ — ｉＭｎＮ６０６０ｏ后．以２～５℃，５～９Ｃ再５３ｓ的冷却速率快冷到金体系．化学成分如表１所示。用２０ｋ其０ｇ真空
鞍钢技术
２１０２年第３期
ＡＮＧＡＮＧＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ总第３５期７
９０ＭＰ８ａ级冷轧双相钢组织性能研究
王科强，刘仁东，王旭，韩启航，林利，鑫，建伦徐孙（．钢股份有限公司技术中心，宁鞍山１４０；１鞍辽１０９２北京科技大学材料科学与工程学院，京１０８．北００３）

800MPa级高强钢的组织演变及性能研究

800MPa级高强钢的组织演变及性能研究近年来,随着我国汽车制造业的迅猛发展,对汽车用钢板的需求与日俱增,对汽车碰撞安全性能的要求也在不断提高,加之目前钢铁工业面临着原材料及能源短缺、环境污染等诸多问题,汽车节能减排已经成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题,对于占我国汽车产量30%的重载汽车而言,轻量化技术是目前重载汽车节能减排最快速有效的技术措施。

因此有必要对汽车用钢的生产工艺进行研究,以开发出高质量、低成本的高强度薄钢板替代原有的低强度厚钢板,从而实现车身轻量化。

本文对Nb-Ti-Mo微合金化超高强汽车板的奥氏体高温变形行为及连续冷却相变行为进行了基础理论研究,并进行了实验室热轧实验。

论文的主要工作如下:(1)利用热模拟实验技术,通过单道次压缩实验研究了实验钢奥氏体高温变形行为,分析了变形温度、变形量及应变速率对实验钢动态再结晶行为和变形抗力的影响。

结果表明,高变形温度和低应变速率有利于发生奥氏体动态再结晶,并确定了动态再结晶激活能、动态再结晶模型以及变形抗力模型。

(2)通过连续冷却相变实验对奥氏体在连续冷却过程中的相变行为进行了研究,并绘制了静态和动态CCT曲线,研究了变形和冷却速率对相变行为的影响。

变形促进了铁素体相变并细化了铁素体晶粒,变形通过促进铁素体相变间接影响了珠光体相变和贝氏体相变。

(3)在实验室条件下进行了热轧实验,对实验钢的控轧控冷工艺进行了研究,分析卷取温度和冷却速度对实验钢组织性能的影响。

结果表明,随着卷取温度的降低和冷却速度的提高,实验钢的强度硬度增加,塑性指标下降。

(4)利用透射电子显微镜观察金属薄片样品,对实验钢中的析出物进行了分析,确定了实验钢的强化机制并对各个强化机制对实验钢强度的贡献量进行了研究。

实验钢的显微组织以贝氏体铁素体为主,贝氏体铁素体基体中含有大量弥散析出的尺寸在5～20nm的近似圆形析出物(Nb,Ti,Mo)C,其形核机制以位错形核为主。

实验钢的强化机制有固溶强化、位错强化、细晶强化及析出强化,对应的强度贡献量分别为118MPa、75MPa、218MPa、299MPa。

高性能双相钢的研究进展

年美国国家钢铁公司与日本
由此可见 ,合金元素对双相钢的性能具有显著影响 ,而对其成分进行优化设计有望在不增加成本的前提下进一步提高其性能。
双相钢在实际生产中可分为热处理法生产和热轧法生产两种。
热处理双相钢 (如图 1)主要是指在连续退火线上将经过冷轧后的钢板重新加热到两相区实现奥氏体转变 ,并通过分步控冷工艺来得到所需要的铁素体 +马氏体组织。相对于热轧法 ,热处理法生产双相钢工艺易于控制 ,其产品表面质量、外观、尺寸精度等较好 ,但生产流程复杂 ,成本较高。
图 1 热处理生产双研究进展
·13·
素体和贝氏体转变区之间有纵向温差大于 80 ℃ 的奥氏体亚稳定区以便热轧工艺的控制。资料表明 [ 12 ] ,我国现有的 10 余条薄板坯连铸连轧生产线和连续退火生产线应当可以满足高性能双相钢的生产要求。
2 双相钢的力学性能及影响因素图 4为双相钢和普通 HSLA 钢的“应力 - 应变 ”
Nb也是目前应用较多的合金元素之一 ,其特点是通过提高奥氏体的再结晶温度细化奥氏体晶粒 [ 7 ] ,进而使铁素体和淬火后的马氏体晶粒得到细化 ,最终提高双相钢的强度并同时改善其塑、韧性。
V , Ti作为强碳化合物形成元素 ,由于其容易和 C、N 原子结合生成二次相 ,故可起到细化晶粒、强化基体的作用。例如 , TiN 在钢中的溶解温度高且溶解度低 ,其在高温奥氏体区析出过程中有效抑制了奥氏体晶粒的长大 [ 7 ] 。
热轧法生产双相钢由于成本较低且流程相对简单 ,已成为生产双相钢的趋势。该工艺主要在薄板坯连铸连轧生产线上完成 ,利用钢铁熔炼的余温直接从两相区实现对钢板的控轧控冷 ,从而获得所需要的双相组织。与热处理法相比 ,热轧法减少了冷轧和将钢板重新加热到两相区的工序而降低了成本。热轧法生产双相钢有低温卷取和中温卷取两种工艺。低温卷取 (图 2)是指在快冷阶段迅速将钢带冷却至 M s点以下 ,得到 F +M ,并进行卷取 ,其特点是在减少合金元素 (如 Mo、Cr)的加入情况下能避开贝氏的生成 ,同时也避免了铁素体的时效 ,降低了成本。但低温卷取对工艺要求严格 ,且需要采用较大功率的卷取设备 ,目前只有部分日本厂家采用这种工艺。中温卷取 (如图 3)则是在亚稳奥氏体区就进行卷取 ,而在随后的缓冷中形成 F +M 双相组织。中温卷取需要加入 Mo、Cr等较多的合金元素 ,其对 CCT曲线具有以下要求 : (1)珠光体转变区尽量右移 ,贝氏体转变区右端要封闭 ,以便能在较宽的冷却速度范围内析出单一铁素体。 (2)要有足够的“卷取窗口 ”,即 :在铁

汽车用冷轧双相钢的生产工艺及组织性能特征

康永林等：汽车用冷轧双相钢的生产工艺及组织性能特征
＜鞍钢技术＞２００８年第４期总第３５２期
１冷轧双相钢的生产工艺及国内外生产概况
１．１冷轧双相钢的生产工艺冷轧双相钢生产工艺流程图Ｈ１见图１所示。冷轧硬板需要经过连续退火或连续热镀锌退
火才能得到铁素体马氏体双相组织。现代冷轧双相钢的连续退火工艺曲线如图
为了提高７８０ＭＰａ、９８０ＭＰａ级高强冷轧双相钢的焊接性能，Ｎｉｓｓａｎ公司和钢铁企业共同开发了低碳含量冷轧双相钢【ｌ６。，对于这两个钢种，在强度达到８４０ＭＰａ和ｌ０２０ＭＰａ时，钢中碳含量仅为０．０７％。ＮｉｓｓａＩｌ公司认为，为了在结构零件中大量应用７８０ＭＰａ、９８０ＭＰａ钢种，发展低碳高
到目前为止，工业大量生产的双相钢强度级别有４５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、５９０ＭＰａ和７８０ＭＰａ级，而采用具有水淬功能的连续退火生产线可以得到９８０～ｌ４７０ＭＰａ级冷轧双相钢。表３为几个厂家不同强度级别的冷轧双相钢基本力学性能。从中可以看出，双相钢在较高强度下仍具有较高的伸

——４——
强度双相钢是十分必要的。
图３９８０ＭＰａ级冷轧双相钢伸长率与扩孔性能的均衡性
１．３国内冷轧双相钢生产概况国内在”七五”期间就对双相钢进行了研究，
但是由于设备限制，一直没有得到较快发展。近年来，由于宝钢拥有先进的连续退火生产线，其冷轧双相钢的开发与生产处于国内的前沿。先后成功开发了Ｂ２４０／３９０ＤＰ、Ｂ２８吖４４０ＤＰ、Ｂ３４０／５９０ＤＰ、Ｂ４００／７８０ＤＰ及相应的热镀锌双相产品。与此同时，由中国钢铁工业协会提出，宝钢负责起草了《汽车用高强度冷连轧钢板及钢带》国家标准，其中第二部分，冷轧双相钢国家标准（即ＧＢ／Ｔ２０５６４．２—２００６）已于２００６年１１月１日发布，并于２００７年２月１日开始实施。近两年来，鞍钢与北京科技大学合作，成功开发了４９０～７８０ＭＰａ级冷轧双相钢并正在进行推广应用。随着我国鞍钢、武钢、首钢及其他大型钢铁公司连续退火与连续热镀锌生产线的先后建成，冷轧双相钢在国内必将得到迅速的发展与推广。

影响低碳钢屈强比的显微因素

【摘要】为保证后续加工的成形性和使用过程的安全性，近年来新研发的一些钢种对屈强比也有一定要求。探讨了不仅对强度有要求，而且对屈强比也有规定的主要钢种，分析了多
种显微因素对屈强比的影响，归纳了降低屈强比的三类措施。
【关键词】低碳钢
骠
骤
暖
图１强化机制与强度的关系示意图
Ｆｇ１Ｒｅａｉｎｂｔｅｔｅｇｈａｔｅｇｈｅｉｇｍｅｈｎｓｉ．ｌｔｏｅｗｅｎｓｒｎｔｎｄｓｒｎｔｎｎｃａｉｍ
晶界强化对屈强比的影响可用下列Ｐｃｅｉｇｉｋｒｎ
求屈强比 ≤０８．川。
定效果ｕＪ。化学成分和工艺的改进是通过改
变钢材的显微因素（括组织、包晶格畸变、界特晶性等）来影响最终力学性能。已有研究分析了化学成分、织等与屈强比的关系组，尚未见各但种显微因素对屈强比影响的全面总结。本文依据有关钢材屈强比的研究近况，出了注重降低屈强列比的主要钢种，分析了各种显微因素对低碳钢屈强
【ｂｔｃ】ＴｅｙｌｒｉｗｓｌｉｄｆｅａｅｅｔｅｅｐｄｓｅａｓｅＡｓａｔｒｈｉｄａｏａｉｔｏｃｒｉｒｎｙｄｖｌｅｔｌｔｓｉｙｔｅｔｍｅｒｔｎｃｌｏｅｓｏｔｆｈ
５．ｉ＋５．５６＋４．ｉ＋８５＋３６＋７ｉ７

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所做的工作是一致的［10］·
图1 试验钢的连续冷却转变曲线 Fig.1 ContinuouScoolingtranSformationcur23
ofS43cim3n
图5 不同冷却速度时试验钢678 照片
Fig.5 678imag3SofS43cim3nat9iff3r3ntcoolingrat3S （a）—冷却速度为5࠷／s；（b）—冷却速度为15࠷／s·
样按下述工艺进行压缩和冷却试验：加热温度
1170࠷，保温10min，分别在1100࠷和920࠷压缩35%，以不同速度冷却至室温·根据膨胀曲线和金相检验结果绘出 CCT曲线·
由 CCT曲线可知，在实验冷却速度范围内，钢的组织转变包含铁素体区和贝氏体区·其中铁素体转变区包括多边形铁素体和针状铁素体两个
关系·结果表明：通过对轧制、冷却工艺的组合与变化，实现对钢的强度、塑性、屈强比的控制；抗拉强度800MPa级的厚钢板，其屈强比控制在0.75以下，低温冲击韧性良好·钢的组织主要由针状铁素体和马氏体两相组成· 关键词：轧制；冷却；双相钢；组织；性能；厚板
中图分类号：TG 33
文献标识码：A
为了满足特殊的性能要求，低屈强比高强度钢成为厚板研究开发的一个热点·这类材料是通过调整钢的成分和制造工艺，实现对组织转变和
3.2 铁素体与马氏体形貌特征随着终轧温度由高向低的变化，针状铁素体
呈细化趋势，同时马氏体形貌从长条状转变为短棒状，当终轧温度为825࠷时，马氏体呈现为近似等轴的岛状，如图9所示·
图9 不同终轧温度下马氏体形貌SEM 照片
Fig.9 TypicalSEMimageSofmartenSiteatdifferentfiniShrollingtemperature （a）—880࠷；（b）—825࠷·
100kg钢锭，锻造成厚度为 210mm 的钢坯·在 Gleeble1500热模拟试验机上进行压缩与冷却试验，绘制 CCT曲线；并利用该试验机研究了变形与冷却参数对钢的组织形貌的影响规律·根据热模拟试验结果，制定了钢板轧制和冷却工艺制度· 钢坯在电阻加热炉内加热，钢坯分别加热至
Rm
MPa
850 740 810 840 770 820
表3 钢板的力学性能
Table3 MechanicalpropertieSofSpecimenS
Rp0.2
A
横向 V 型缺口冲击功与断口剪切面积比（，J·%-1）
Rm
%
-20࠷
-0࠷
-60࠷
-80࠷
0.665 0.743 0.728 0.685 0.792 0.683
martenSiteSize
4结论
（1）试验用钢在适当的工艺条件下，可以获得铁素体和马氏体为主的双相组织·其中，铁素体呈现针状形貌，以小角度晶界为主·钢的屈强比控制在0.75以下，韧性和塑性优良·
（2）通过调整轧制和冷却参数，马氏体的形貌和比例能够得到灵活控制，从而表现出不同的力学性能，进而实现以 TMCP工艺生产低屈强比高强钢的目的·
文章编号：1005-3026（2006）04-0414-04
800MPa级Leabharlann 相组织低屈强比钢厚板研究张丕军，刘相华，王国栋
（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳 110004）
摘
要：对基本成分为 Fe-0.1C-Mo的微合金 HSLA 钢进行了变化轧制与冷却参数的试验，
分析了钢的组织形貌及微观结构；研究了变形和冷却参数与钢的屈强比、缺口冲击功、延伸率等的
第4期
张丕军等：800MPa级双相组织低屈强比钢厚板研究
417
终轧温度直接影响马氏体岛的尺寸，由图10 可知，终轧温度越高，马氏体越粗大，反之，终轧温度越低则马氏体岛尺寸越小，由图9可见其分布也更加弥散·
图10 终轧温度对马氏体尺寸的影响 Fig.10 EffectoffiniShrollingtemperatureon
Table1 ChemicalcompoSitionofSpecimen
%
C 0.08
Si 0.30
Mn
P
S
Mo
Ti
Cr
Nb
Al
N
1.50 0.007 0.004 0.32 0.014 0.21 0.015 0.038 0.0040
1.2 试验设备与试验流程试验用钢由真空感应炉冶炼，共浇铸 6 支
性，是一个值得研究的课题· 本文开发了一种含 Nb，Cr和 Mo的钢种，进
行了各种轧制和冷却参数的试验，研究了工艺条
各相比例的准确控制，最终表现出特殊的力学性件对这种钢的特征、力学性能（屈强比、延伸率、冲
能·双相钢具有连续屈服、低屈强比、高的延展性以及很高的加工硬化率［1~10］，已经广泛应用于汽
第27卷第4期
东北大学学报（自然科学版）
Vol.27，No.4
2006年 4月
JournalofNortheasternUniversity（NaturalScience）
Apr.2006
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1170࠷，在最大轧制压力为 1000t的试验轧机上进行轧制·钢坯经11道次轧制，成品厚度为20 ~36mm·成品钢板经不同时间的驰豫之后进入加速冷却装置进行加速冷却，出水后在不同的停
冷温度空冷至室温·
2 热模拟试验
2.1 试验钢的 CCT曲线在 Gleeble1500热模拟试验机上对试验钢试
5.5 变形与冷却工艺对钢显微组织的影响变形温度和冷却速度对铁素体板条尺寸的影
响见图3和图4·
驰豫时间与快冷终止温度对铁素体板条束尺寸的影响见图5和图6·
图: 变形温度对铁素体板条尺寸的影响
Fig.: 7ff3ctof93formationt3m43ratur3onf3rrit3 lat;Si<3
［3］ DaviesRG.DeformationbehaviorofaV-strengtheneddual phasesteel［J］.MetallurgicalTransactions，1978，9A：41-
52. ［4］ DaviesRG.Influenceofmartensitecompositionandcontent
车制造业·用于高层建筑钢结构材料等厚钢板，通过控轧控冷技术获得的具有双相组织的钢铁材料
强度在800MPa以上，厚度大于20mm 的钢板，如何在轧制状态下获得理想的屈强比和冲击韧
击韧性等）的影响规律·
1 实验过程
1.1 试验材料试验钢的化学成分如表1所示·
表1 试验用钢的化学成分（质量分数）
收稿日期：2005-07-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50474086；50334010）·
作者简介：张丕军（1958-），男，山东潍坊人，教授级高级工程师，东北大学博士研究生；刘相华（1953-），男，黑龙江双鸭山人，东北大学教授，博士生导师；王国栋（1942-），男，辽宁大连人，东北大学教授，博士生导师，中国工程院院士·
［2］ Sarwar M.Influenceofferrite-martensite microstructural morphologyontensilepropertiesofdual-phasesteel［J］. JournalofMaterialsScience，1996，31A：2091-2095.
onthepropertiesofdualphasesteels［J］.Metallurgical Transactions，1978，9A：671-679. ［5］ Lawson R D， Matlock D K，Krauss G.Theeffectof
microstructureonthedeformationbehaviorand mechanical propertiesofadual-phasesteel［A］.FundamentalsofDualPhaseSteels［C］.New York：AIME，1981.347-381. ［6］ JenaA K，ChaturvediM C.Ontheeffectofthevolume
铁素体）和马氏体双相组织·从试验钢的 CCT 曲线还可看出，在 0.1~30 ࠷／s冷却速度下，钢的组织由铁素体和马氏体两相组成，当冷却速度大
于1࠷／s时，出现部分呈针状特征的铁素体，见图2·针状铁素体的比例在10~30࠷／s范围内，随冷却速度的提高而增加，该结果与赵明纯等人
3 钢板轧制工艺、结果与讨论
3.1 工艺参数对力学性能的影响轧制与冷却工艺参数见表 2，钢板的力学性
能如表3·
编号
钢板厚度／mm
表2 加热轧制及冷却工艺 Table2 Heating，rollingandcoolingproceSSeS
加热温度／࠷ 终轧温度／࠷ 驰豫时间／s 冷却速度／（࠷·s-1）
图@ 驰豫时间对铁素体长度的影响 Fig.@ 7ff3ctofr3laAationtim3onf3rrit3lat;Si<3
图= 冷却速度对铁素体尺寸的影响 Fig.= >ariationoff3rrit3Si<3?it;coolingrat3
图B 快冷终止温度对铁素体长度的影响 Fig.B 7ff3ctof3n9ingcoolingt3m43ratur3onf3rrit3
178／85 20／10 198／80 198／100 11／0 197／85