供稿|孫忠斌，袁亮，高洪剛 / SUN Zhong-bin, YUAN Liang, GAO Hong-gang

內(nèi)容導(dǎo)讀

冷軋雙相鋼是典型的先進高強鋼，因而雙相鋼在汽車超輕車身設(shè)計中的應(yīng)用比例大幅增加。為適應(yīng)汽車工業(yè)實現(xiàn)輕量化對先進高強鋼的市場需求，本鋼進行了450 MPa級冷軋雙相鋼研制開發(fā)。文章介紹了汽車用450 MPa級雙相高強度鋼的化學(xué)成分以及熱軋、冷軋、熱處理工藝等的設(shè)計。實驗表明：試驗鋼成品力學(xué)性能符合450 MPa級DP鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，顯微組織為鐵素體加約8%的馬氏體，具有典型的雙相鋼組織特征。目前本鋼已正式商業(yè)化生產(chǎn)該產(chǎn)品，并得到了多家汽車廠家的認可。

隨著汽車工業(yè)向安全、節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展，使用高強鋼，尤其是先進高強鋼，在轎車輕量化中對提高零件的強度起著重要作用，是汽車工業(yè)實現(xiàn)輕量化、節(jié)能、環(huán)保、安全目標(biāo)的主要技術(shù)措施[1]。

冷軋雙相鋼(簡稱DP鋼)組織由鐵素體加少量的馬氏體組成，是典型的先進高強鋼，性能特點為低屈強比、高初始加工硬化速率、良好的強塑性匹配。雙相鋼在國內(nèi)外汽車的應(yīng)用比例逐步增加，根據(jù)國外超輕車身項目研究設(shè)計，雙相鋼在未來汽車車身上的用量將達到80%，市場應(yīng)用前景良好[2-3]。

為了完成產(chǎn)品系列化研發(fā)滿足用戶需求，本鋼進行了450 MPa級冷軋雙相鋼研制開發(fā)。本文介紹了本鋼450 MPa級冷軋雙相鋼化學(xué)成分設(shè)計，熱軋、冷軋、熱處理工藝及成品顯微組織與性能等。

成分及工藝設(shè)計

化學(xué)成分設(shè)計

450 MPa級冷軋雙相鋼在傳統(tǒng)C-Si-Mn系雙相鋼設(shè)計基礎(chǔ)上，添加一定量Cr，進一步提高淬透性。Si、Mn起到提高淬透性和固溶強化的作用。試驗鋼的化學(xué)成分見表1。

熱連軋工藝

熱連軋作為冷軋雙相鋼生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，其組織性能對冷軋與退火過程的組織演變都有一定影響。一般熱軋基板希望得到晶粒尺寸均勻的多邊形鐵素體、片層狀的珠光體。為獲得理想的熱軋組織，熱軋采用單相奧氏體區(qū)軋制，精軋后采用前段冷卻，低溫卷取。

表1 實驗用鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

冷軋及熱處理工藝

試驗鋼規(guī)格為1.4 mm×1250 mm。結(jié)合鋼種機理研究和裝備水平，熱軋原料規(guī)格為3.0 mm×1280 mm。冷軋后連續(xù)退火采用雙相區(qū)加熱、保溫，緩冷得到適當(dāng)?shù)蔫F素體之后，然后采用快速冷卻(≥30℃/s)得到一部分馬氏體，從而獲得鐵素體+馬氏體的雙相組織，連續(xù)退火工藝見圖1。

圖1 連續(xù)退火工藝

實驗結(jié)果

組織及性能檢測

按照GB 2975要求進行退火成品板取樣，按照GB/T 228中P14試樣要求加工成拉伸試樣，在Zwick/Roell Z600電子拉伸機上進行性能檢測。

金相組織檢驗，退火成品板寬度1/4處取金相樣，樣品經(jīng)過打磨、拋光、腐蝕處理，采用光學(xué)顯微鏡觀察組織，并在JSM5600LV型掃描電鏡下進一步觀察微觀組織。

產(chǎn)品力學(xué)性能

試驗鋼力學(xué)性能見表2。由表2可以看出，試驗鋼表現(xiàn)為典型的雙相鋼性能特征：無屈服延伸現(xiàn)象、較高的n值、低的屈強比、高延伸率以及較好的烘烤硬化性，符合450 MPa冷軋雙相鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

退火產(chǎn)品顯微組織檢驗

圖2顯示了退火后試樣的顯微組織。圖2(a)為光學(xué)顯微鏡下組織，鐵素體呈棕色、馬氏體為亮白色，約含有8%的馬氏體，晶粒度約為11級；圖2(b)為掃描電鏡進一步觀察顯微組織，可見白色的馬氏體呈連續(xù)的包圍狀分布在鐵素體晶界處，這是由于馬氏體含量少，因此鐵素體晶粒中未有大塊島狀馬氏體出現(xiàn)，試驗鋼組織為典型的雙相鋼組織。

表2 試驗鋼成品性能

圖2 退火試樣的顯微組織照片

組織與性能分析

試驗鋼表現(xiàn)出典型的雙相鋼性能特點，宏觀性能由微觀組織決定，成品組織在形成馬氏體時，發(fā)生了體積膨脹，從而導(dǎo)致與之相鄰的鐵素體內(nèi)出現(xiàn)了較多的可動位錯，在較低應(yīng)力作用下，可動位錯被激活發(fā)生移動，綜上所述，雙相鋼的性能特征為低屈服和無屈服延伸[4]。當(dāng)屈服在鐵素體中首先發(fā)生后，大量的可動位錯很快運動到F/M相界面而塞積，由于馬氏體硬度高，所以變形抗力將迅速上升，致使變形向其他地方擴展，因此雙相鋼具有較高的加工硬化指數(shù)，可以發(fā)生均勻變形[5]。圖2(b)馬氏體島周圍和F/M相界面處顏色白亮，主要由于兩相區(qū)加熱時Mn的擴散速率遠遠低于C的擴散速率，所以在馬氏體島周圍和相界面處出現(xiàn)富Mn帶，該區(qū)域具有更高的淬透性，因此馬氏體島內(nèi)外和相界面處出現(xiàn)色差效應(yīng)[6]。微觀組織決定了試驗鋼具有屈強比低、初始加工硬化指數(shù)高以及良好的強塑匹配等優(yōu)點，另外，由于其基體有較多的固溶C原子，因此，和BH鋼板類似，也具有較高的烘烤硬化特性。

產(chǎn)品應(yīng)用

通過前期認證工作，本鋼汽車用450 MPa級冷軋雙相鋼在國內(nèi)多家合資、自主品牌轎車上大批量應(yīng)用，成功替代了進口同類產(chǎn)品。現(xiàn)已大批量商業(yè)化生產(chǎn)，典型成形零件見圖3。

結(jié)束語

圖3 轎車支架

(1) 試驗鋼產(chǎn)品性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，具體平均性能指標(biāo)為：屈服強度：275 MPa，抗拉強度：485 MPa，屈強比：0.56，延伸率A50：40%，加工硬化指數(shù)n10-20值：0.21。

(2) 成品退火后組織由鐵素體和馬氏體組成，馬氏體比例約為8%，晶粒度約為11級。

(3) 通過試生產(chǎn)，確定了該鋼種的成分、工藝，目前本鋼已大批量生產(chǎn)450 MPa級冷軋雙相鋼。