楊 奕 胡建旺 李名鋼

(1.寶鋼股份中央研究院(武鋼有限技術中心) 湖北 武漢：430080；2.寶鋼股份武漢鋼鐵有限公司 湖北 武漢：430083)

國內(nèi)外600MPa級冷軋雙相鋼在化學成分上主要合金元素以Si、Mn為主，為了得到雙相組織，根據(jù)生產(chǎn)工藝及使用要求不同，還加入適量的Cr、Mo、V、Nb等元素，組成了不同雙相鋼體系[1-11]。寶鋼股份青山基地前期主要采用Al-Mo系合金元素生產(chǎn)600MPa級冷軋雙相鋼，寶山基地采用的是Si-Mn系合金元素。Al-Mo系相對于Si-Mn系成分，合金成本高。為有效降低合金成本，青山基地在600MPa級冷軋雙相鋼的生產(chǎn)上部分采用了Si-Mn系的成分進行生產(chǎn)。本文對采用基本相同的工藝條件下生產(chǎn)的兩種不同成分體系的冷軋雙相鋼進行了對比分析研究。

1 試驗方法

試驗材料為武鋼有限冷軋廠生產(chǎn)的600MPa級Al-Mo系和Si-Mn系的連退冷軋成品板，成品厚度相同，連退生產(chǎn)工藝基本一致，分別在兩種成分體系的成品板取數(shù)個樣片后，采用化學分析法進行了化學成分分析，在SUN-10薄板拉伸試驗機上進行力學檢測，通用板材成形試驗機進行擴孔試驗，采用OLYMPUS GX71金相顯微鏡進行金相檢測分析，QUANTA400掃描電鏡進行SEM分析，最后采用JEM-2100F型場發(fā)射透射電鏡進行TEM的組織形貌、結(jié)構和析出相分析。通過以上分析手段，對600MPa級Si-Mn系和Al-Mo系冷軋雙相鋼從化學成分、力學性能、組織相貌和析出物等進行全方面對比分析。

2 分析與討論

2.1 Al-Mo系與Si-Mn系雙相鋼對比分析

2.1.1 成分分析

對不同成分體系雙相鋼的化學成分進行了對比，見表1。Al-Mo系與Si-Mn系的成分體系中，C、Si、Mn、Al、Mo和Cr的成分有較大區(qū)別，其中Al-Mo系中C略高0.02%左右，在0.095%左右，Si一般在0.10%以下，含有0.9%左右的Alt和0.15%左右的Mo，而Si-Mn系比Al-Mo系Mn含量高0.2%左右，Si含量0.45%左右，Alt極低，但含有0.45%左右的Cr。

表1 不同成分體系雙相鋼590DP成分對比(質(zhì)量分數(shù)wt%)

2.1.2 力學性能分析

對不同成分體系的冷軋雙相鋼取樣進行拉伸力學性能和擴孔率的檢測分析，見表2和表3。

表2 不同成分體系雙相鋼590DP拉伸力學性能對比

表3 不同成分體系雙相鋼590DP擴孔性能對比

從表2及表3檢測結(jié)果分析，Si-Mn系鋼比Al-Mo系鋼擴孔率高，Si-Mn系鋼比Al-Mo系鋼擴孔率高約9.4% ，Si-Mn系強度略高，但Al-Mo系n值較高。

2.1.3 組織分析

對不同成分體系的冷軋雙相鋼的成品進行金相和SEM分析，組織照片對比件圖1。組織均為鐵素體+M/A島組織，Si-Mn系鐵素體晶粒度(11.5級)略小于Al-Mo系(10.5級)，黑色馬氏體數(shù)量較多，灰色馬氏體相對較少，且M/A島較不規(guī)則。

圖1兩種雙相鋼組織形貌(a、c為Si-Mn系；b、d為Al-Mo系)

2.1.4 TEM對比分析

分別對Si-Mn系和Al-Mo系冷軋雙相鋼進行TEM分析，分別見圖2、圖3和圖4。通過TEM照片對其微觀組織進一步分析發(fā)現(xiàn)，Si-Mn系與Al-Mo系的組織均為鐵素體+M/A島，但Si-Mn系的M/A島很不規(guī)則，大部分馬氏體中可以觀察到回火碳化物，鐵素體中位錯密度很高，局部存在有碳化物析出相(見圖3)，碳化物中主要含有Cr與Mn；而Al-Mo系的M/A島較為規(guī)則，少量馬氏體中可以觀察到回火碳化物，鐵素體中位錯密度很高，未觀察到碳化物析出相。

圖2 典型的Si-Mn系雙相鋼微觀組織形貌

圖3 Si-Mn系雙相鋼TEM照片及能譜圖

圖4 典型的Al-Mo系雙相鋼微觀組織形貌

2.2 討論

雙相鋼的組織主要由鐵素體和馬氏體組成，因此強度主要體現(xiàn)在鐵素體和馬氏體的強化上，主要強化機制有固溶強化、析出強化、細晶強化和相變強化等。雙相鋼的屈服強度主要取決于強度較低的鐵素體基體，鐵素體的強化因素有Mn、Si等元素的固溶強化，TiC、TiN、Ti(C,N)及NbC、NbN、Nb(C，N)的析出強化，鐵素體細晶強化以及亞結(jié)構強化。Si-Mn系冷軋雙相鋼相對于Al-Mo系冷軋雙相鋼，含有較高的Mn、Si等元素，同時晶粒度相對較小，鐵素體中存在有碳化物析出，因此在綜合作用下，Si-Mn系冷軋雙相鋼在強度上略高。

Si-Mn系中含有Cr元素，Cr是碳化物形成元素，與碳的親和力較強，在熱軋時形成(Fe，Cr)C3碳化物，該碳化物熔點較高，在兩相區(qū)退火溫度不能完全溶解，退火后保留在鐵素體中，Cr元素的添加將會改變M/A的分布和形狀，使M/A島呈纖維狀分布，與Al-Mo系的M/A島形態(tài)不一樣。而Al-Mo系中的Mo元素與Mn一樣，屬置換固溶合金元素，因此在鐵素體中未發(fā)現(xiàn)碳化物析出。

兩種成分體系冷軋雙相鋼在連退生產(chǎn)時，均為兩相區(qū)加熱部分奧氏體化，部分相中的奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，引起晶胞體積的膨脹，相變以切變方式進行，會在鐵素體相區(qū)引起塑形變形，在其中誘發(fā)高密度位錯。在兩種成分體系的鐵素體中均發(fā)現(xiàn)有大量的位錯。

在過時效段的回火處理，強化相的馬氏體會分解，碳化物會析出，馬氏體晶格畸變減少，Si-Mn由于Cr的強碳化物形成元素，回火碳化物的析出更為普遍。析出碳化物的馬氏體強度略低，Si-Mn系的軟硬相強度較小，因此導致擴孔率較Al-Mo系好。

3 結(jié)論

在采用基本相同的工藝條件下生產(chǎn)的Si-Mn系和Al-Mo系600MPa級冷軋雙相鋼，在拉伸力學性能上差異不大，由于Si-Mn系的回火碳化物較多且黑色馬氏體較多，軟硬相強度差相對較小，帶來更好的擴孔性能。因此，Si-Mn系600MPa級冷軋雙相鋼是青山基地降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化下游工序加工性能的調(diào)整方向。