熊維亮吳 騰

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司技術(shù)中心 湖南婁底 417000 2.武漢科技大學(xué) 湖北武漢 430000）

DP600雙相鋼的顯微組織與力學(xué)性能

熊維亮1吳 騰2

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司技術(shù)中心 湖南婁底 417000 2.武漢科技大學(xué) 湖北武漢 430000）

以熱軋C-Mn系雙相鋼為研究對(duì)象，通過UFC-TMCP技術(shù)工藝實(shí)驗(yàn)，得到了不同部位的實(shí)驗(yàn)鋼樣品，研究了不同部位的DP鋼的微觀組織及其對(duì)力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：該實(shí)驗(yàn)鋼主要是馬氏體與鐵素體的雙相組織，實(shí)驗(yàn)鋼的強(qiáng)韌性較好；通過控制卷取溫度、冷卻速度和終軋溫度，可以得到不同的微觀組織形貌和力學(xué)性能的熱軋雙相鋼。

DP600雙相鋼；超快冷技術(shù)；微觀組織；力學(xué)性能

1 引言

雙相鋼因其具有良好的強(qiáng)塑性匹配及冷變形性能，最早用于汽車沖壓件，后來應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼筋和非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度螺栓沖壓件等[1]。汽車質(zhì)量每減輕10%，則油耗可下降8～10%，發(fā)展汽車用高強(qiáng)度鋼板可以有效達(dá)到減輕車體質(zhì)量和節(jié)能減排[2]。

考慮到合金元素添加帶來的資源和成本問題，采用超快冷技術(shù)為核心的新一代TMCP技術(shù)（即UFC-TMCP技術(shù)）可以得到硬化的奧氏體，通過控制其相變，可以在鋼中合金元素減量化和低碳化條件下獲得高性能。研究在此UFC-TMCP技術(shù)工藝下的組織形態(tài)及其對(duì)力學(xué)性能的影響，為進(jìn)一步指導(dǎo)將來的工業(yè)化大生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本試驗(yàn)原料采用真空脫氣處理，實(shí)際成分見表1。從成分上看DP600鋼中合金加入量很少，為低碳中錳鋼。

表1 實(shí)驗(yàn)雙相鋼的主要化學(xué)成分

2.2 試驗(yàn)方法

將鑄坯鍛成40mm×80mm×130mm的坯料，然后將其加熱到1200℃，再在試驗(yàn)軋機(jī)上進(jìn)行7道次軋制，開軋溫度為1140℃，終軋溫度800～840℃，軋成厚度為3.8mm試驗(yàn)鋼板弛豫9s后進(jìn)行超快冷（UFC），冷卻到所需的卷取溫度進(jìn)行卷取，接著按國標(biāo)GBT 20887.3-2010，測定與軋向垂直的A80樣的拉伸力學(xué)性能與n值，并按軋向從頭部到尾部均勻間隔取4個(gè)樣進(jìn)行編號(hào)。

2.3 組織觀察

將試樣制備成標(biāo)準(zhǔn)的金相試樣，用4%硝酸酒精溶液進(jìn)行侵蝕以觀察組織，同時(shí)用lepera溶液侵蝕，并利用ZEISS（蔡氏）Axioplan2型萬能顯微鏡（OM）進(jìn)行各種組織的觀察和定量分析，接著利用Nova nano 400型掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)馬氏體雙相鋼組織進(jìn)行電鏡微觀觀察與分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 雙相鋼的組織觀察及分析

圖1示DP600鋼的顯微組織，均是鐵素體+馬氏體，鐵素體連成一片形成軟的基體組織，高強(qiáng)度高硬度的馬氏體彌散分布其中，強(qiáng)化鐵素體基體，白亮為鐵素體，顏色較深的為馬氏體島，這是低碳鋼馬氏體自回火的原因。其中1#中熱軋條帶組織不明顯，4#有偏析帶出現(xiàn)，這可能是澆注后期連鑄坯拉速突變引起的。

圖2是雙相鋼的SEM組織觀察，馬氏體島較硬凸出，鐵素體較軟凹下去。馬氏體島成長條，長條平行于軋面（圖2a），這是形變奧氏體成餅形后轉(zhuǎn)變而成。形變帶對(duì)鐵素體或馬氏體形成均有促進(jìn)的作用。圖2b中可以看出馬氏體島在平行軋向面上成輕微條帶狀較。組織中有長條馬氏體島，也有塊狀馬氏體島，鐵素體有等軸狀傾向。平行于軋向的觀察面上馬氏體尺寸要小，垂直于軋向面上馬氏體可以看到板條馬氏體。3#樣的馬氏體島中未出現(xiàn)片狀馬氏體的痕跡（如圖2c所示），板條馬氏體的體積膨脹造成組織應(yīng)力有限，不能過多形成林位錯(cuò)組態(tài)，對(duì)加工硬化指數(shù)n值貢獻(xiàn)有限。4#樣取自于實(shí)驗(yàn)鋼尾部，過冷奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)間充分，鐵素體充分?jǐn)U散長大，奧氏體中含碳量超過0.2%淬火就會(huì)出現(xiàn)片狀馬氏體，所以剩余奧氏體能轉(zhuǎn)變成片狀馬氏體組織。

圖1 試驗(yàn)鋼的顯微組織圖

圖2 試驗(yàn)鋼的SEM組織圖

3.2 力學(xué)性能結(jié)果及機(jī)理分析

試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能結(jié)果如表2所示。由表中數(shù)據(jù)可知，該實(shí)驗(yàn)鋼屈服強(qiáng)度達(dá)到410.2MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到625.2MPa，加工硬化n值有0.205，伸長率高達(dá)26.20%，說明試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能和成型性能較好。試驗(yàn)鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示，隨著變形進(jìn)行，位錯(cuò)不斷增值并在相界面塞積，在初期表現(xiàn)出高的加工硬化率，由于鐵素體碳含量很低，形變過程中不會(huì)有碳原子的釘扎位錯(cuò)，因此，又表現(xiàn)出連續(xù)屈服，后續(xù)發(fā)生了馬氏體的塑形變形。由金相和掃描電鏡觀察可以看出，這種雙相混合組織中的位錯(cuò)亞晶結(jié)構(gòu)起到細(xì)化晶粒的作用。因此，雙相鋼表現(xiàn)出優(yōu)良的強(qiáng)韌性。

1#試樣取自于鋼卷頭部處，強(qiáng)度性能不足，但加工硬化率n值高。這是因?yàn)轭^部開始軋制，軋制溫度較低（終軋800℃），并且熱軋后低溫輥道使軋板冷卻較快，形變亞結(jié)構(gòu)保留較多。這樣使奧氏體冷卻相變時(shí)候新相形核多，馬氏體數(shù)量多且分布比較彌散，所以加工硬化率高，但形變亞結(jié)構(gòu)導(dǎo)致相變時(shí)候鐵素體大量形成，導(dǎo)致馬氏體量總量較少（如圖2a所示），從而強(qiáng)度不足。而2#和4#樣強(qiáng)度和加工硬化性能均佳，這兩組的終軋溫度幾乎相同，奧氏體中參與相變的形變亞結(jié)構(gòu)密度相同，等軸晶粒鐵素體基體上分布有馬氏體島，馬氏體島有等軸狀傾向，其作為強(qiáng)化相一方面提高鋼的抗拉強(qiáng)度；另一方面其相變體積膨脹所造成的組織應(yīng)力使基體中產(chǎn)生大量可動(dòng)位錯(cuò)，從而利于n值。3#試樣終軋溫度低，卷取溫度也低，使馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力過大，小尺寸馬氏體島所造成組織應(yīng)力有限，產(chǎn)生可動(dòng)位錯(cuò)不多，所以n值小。

表2 試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

圖3 試驗(yàn)鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖

4 結(jié)論

（1）試驗(yàn)鋼在常規(guī)熱連軋后應(yīng)用超快冷技術(shù)，可以生產(chǎn)出DP600級(jí)雙相鋼，其微觀組織為鐵素體與馬氏體，馬氏體呈島狀分布于鐵素體晶粒間，馬氏體體積分?jǐn)?shù)約為15%。

（2）雙相鋼具有細(xì)化晶粒、晶界強(qiáng)化、第二相彌散強(qiáng)化、亞晶結(jié)構(gòu)等強(qiáng)韌化機(jī)制。

（3）通過合理的控軋控冷工藝，可以使熱軋雙相鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到410.2MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到625.2MPa，加工硬化n值有0.205，伸長率高達(dá)26.20%。

[1]康永林，等.汽車用雙向鋼板的開發(fā)與研究進(jìn)展[J].汽車工藝與材料，2006（5）：1～5.

[2]馬鳴圖，M.F.Shi.先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].鋼鐵，2004，39（7）：68～72.

TG335.11

A

1004-7344（2016）05-0317-02

2016-1-13

熊維亮（1986-），男，助工，本科，主要從事汽車用鋼研究。

吳騰（1986-），男，助工，碩士研究生，主要從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)及鋼的控扎控冷研究。