供稿|李霞，佟鐵印，胡小強，李春誠，王超/ LI Xia,TONG Tie-yin,HU Xiao-qiang,LI Chun-cheng,WANG Chao

內(nèi)容導讀 冷軋雙相鋼因其減重和安全性雙重優(yōu)勢，已成為汽車用鋼首選材料之一。為了提高起經(jīng)濟性，增強市場競爭力，在實驗室進行低成本C-Mn-Si 系冷軋雙相鋼連續(xù)退火工藝熱模擬研究，在適當?shù)墓に噮?shù)下可以獲得理想的馬氏體體積分數(shù)、組織形貌和力學性能，經(jīng)實踐生產(chǎn)，完全能夠滿足用戶使用要求，提高了產(chǎn)品經(jīng)濟效益，此實驗結(jié)果對低成本雙相鋼DP600 工業(yè)生產(chǎn)具有一定指導意義。

冷軋雙相鋼由鐵素體和馬氏體兩相組成，因其具備低屈強比、良好的強度和延性匹配以及優(yōu)良的碰撞吸收性能，兼?zhèn)錅p重和安全性雙重優(yōu)勢，近年來已成為汽車用鋼首選材料之一。

本鋼雙相鋼已有近10 年的生產(chǎn)經(jīng)驗，早已具備批量、穩(wěn)定供貨能力。但是傳統(tǒng)的雙相鋼生產(chǎn)為了保證淬透性和馬氏體的體積分數(shù)及組織形貌，一般采用加入高價合金Cr 和高Mn 含量的成分設(shè)計，這較大增加了雙相鋼的合金成本，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟性，不利于現(xiàn)代日益激烈的市場競爭。本文以雙相鋼HC340/590DP 為例，在C-Mn-Si 系低成本合金設(shè)計的基礎(chǔ)上，研究冷軋連續(xù)退火工藝對組織性能的影響規(guī)律，尋找最佳的連續(xù)退火工藝生產(chǎn)方案。

實驗材料及方法

實驗材料

實驗材料為600 MPa 級別的C-Mn-Si 系冷軋雙相（DP）鋼，材料經(jīng)本鋼煉鋼工序成分冶煉、熱軋工序粗軋、精軋，然后在冷軋廠經(jīng)≥50%的冷軋壓下率軋制成規(guī)格1.7 mm×1358 mm 的板材，最后用Vatron 熱模擬實驗機進行連續(xù)退火6 組加熱溫度、快冷溫度熱模擬實驗，尋找低合金成本基礎(chǔ)上最佳連續(xù)退火工藝生產(chǎn)方案，后期指導工業(yè)化試生產(chǎn)。DP600的傳統(tǒng)化學成分w(C)≤0.15%、w(Si)≤0.60%、w(Mn)≤2.50%，且添加合金元素Cr；低成本成分保持C 含量不變，降低Si、Mn 含量，不添加合金元素Cr。

實驗方法

冷軋雙相鋼連續(xù)退火采取兩組熱模擬實驗，第一組是（γ+α）兩相區(qū)加熱溫度熱模擬實驗，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和設(shè)備情況，分別選取790、810 和830°C 加熱溫度進行實驗，經(jīng)大于110 s 的保溫時間，以≥40 °C/s 的速度進行快速冷卻，然后進行第二組熱模擬實驗，分別選取295、310 和325 °C 快速冷卻溫度進行實驗，快冷過程中奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，最后以≤290 °C 的過時效溫度保溫500 s 以上，馬氏體組織經(jīng)過充分回火后冷卻至室溫。技術(shù)檢測部門根據(jù)國標按照80 mm 標距加工成拉伸實驗進行力學性能檢測，同時制備金相試樣，利用掃描電鏡進行組織形貌、各相比例、晶粒度等級及夾雜物等項目檢測。

室驗結(jié)果與分析

顯微組織

圖1、圖2 分別為3 種兩相區(qū)加熱溫度、快速冷卻溫度對應(yīng)的金相組織照片，圖3 為雙相鋼顯微組織圖片。圖3 中暗黑色呈不規(guī)則形狀分布的含量最多的大塊組織為鐵素體（F），呈點、線狀分布的淺灰色組織為馬氏體（M）和少量的馬奧島，其體積分數(shù)大致在20%左右。由圖3 可見，在不規(guī)則島狀馬氏體組織周邊包圍著一層明顯發(fā)亮的邊圈，這是緩冷時C、Mn 由鐵素體向奧氏體中擴散，在奧氏體周邊形成的Mn 元素富集點，它有效地增加了奧氏體的淬透性[1]，有利于隨后馬氏體的生成。

圖1 不同兩相區(qū)加熱溫度金相組織照片：（a）790 °C；（b）810 °C；（c）830 °C

圖2 不同快速冷卻溫度金相組織照片：（a）295 °C；（b）310 °C；（c）325 °C

圖3 DP600 顯微組織

力學性能

表1 是雙相鋼DP600 不同加熱溫度、快冷溫度對應(yīng)馬氏體（M）體積分數(shù)和力學性能檢驗結(jié)果。圖4 是雙相鋼DP600 連續(xù)退火工藝曲線。

圖4 連續(xù)退火工藝曲線

討論分析

由表1 可見，1#、2#、3#試樣加熱溫度分別采取790、810 和830 °C，此時快冷溫度選取相同的310 °C，在兩相區(qū)階段奧氏體組織在緩冷過程中析出取向附生鐵素體，此時鐵素體中的碳不斷向奧氏體中擴散，奧氏體因碳的富集增加了穩(wěn)定性，此時又被稱為“自穩(wěn)定”階段。凈化后的鐵素體在過時效階段對淬硬馬氏體起到“回火”作用，從而改善了雙相鋼的強度和韌性。

表1 DP600 馬氏體含量和力學性能值

馬氏體含量隨著加熱溫度的增加呈遞增趨勢，主要因為在兩相區(qū)隨著加熱溫度的提高奧氏體含量不斷增加，經(jīng)過快冷階段，生成的馬氏體含量相應(yīng)增加。但是屈服強度、抗拉強度并沒有伴隨馬氏體的增多而提高，在830 °C 時反而下降，這說明強度不僅與馬氏體體積分數(shù)有關(guān)還與馬氏體中C 含量相關(guān)。分析其原因，因奧氏體的體積分數(shù)與奧氏體中C 含量成反比，隨著奧氏體體積分數(shù)的增加其單位體積內(nèi)C 含量降低[2]，對應(yīng)生成的高體積分數(shù)的馬氏體組織形態(tài)可能發(fā)生變化，孿晶馬氏體和板條狀馬氏體的比例發(fā)生了改變，從而導致3#試樣強度下降。1#試樣的馬氏體體積分數(shù)較低，2#試樣加熱溫度為810 °C，馬氏體體積分數(shù)、組織形態(tài)和力學性能都較理想。

第二組實驗選取810 °C 作為加熱溫度，分別采取295、310 和325 °C 快速冷卻溫度進行實驗。由表1 可見，6#試樣的馬氏體體積分數(shù)為16%，這是由于實驗鋼Mn 含量降低，臨界冷速變大，快冷溫度較高不能充分滿足馬氏體轉(zhuǎn)變溫度需求，此時與兩相區(qū)加熱溫度之間溫差較小，導致快冷速度≤45 °C/s，馬氏體含量降低。奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時發(fā)生體積膨脹，使馬氏體周圍的鐵素體發(fā)生變形，誘發(fā)大量位錯，較低的馬氏體含量直接導致強度低。4#、5#試樣的馬氏體含量基本相當，力學性能指標相差也不明顯，考慮到實際工業(yè)生產(chǎn)中4#試樣295 °C 冷卻溫度為設(shè)備冷卻能力極限，難以保證大批量穩(wěn)定生產(chǎn)，5#試樣310 °C 的方案較理想，既能提供足夠的過冷度又能保證工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)。

Cr、Mn 元素可以有效提高鋼材的淬透性，獲得理想的馬氏體組織，同時也是固溶強化元素。本實驗采用降低Cr、Mn 元素含量的低成本合金設(shè)計，這就在保證馬氏體體積分數(shù)、控制組織形貌和增加強度方面對冷軋連續(xù)退火工藝提出較高要求。

結(jié)論

通過本實驗研究，得出以下結(jié)論

（1）在兩相區(qū)階段，當加熱溫度在790～830°C 變化時，隨著加熱溫度的升高，奧氏體含量不斷增加，相應(yīng)轉(zhuǎn)變的馬氏體含量也不斷增加，屈服強度、抗拉強度呈現(xiàn)先升高再降低，在810±10 °C時，可以獲得良好的力學性能。

（2）在快速冷卻階段，在295～325 °C 溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，馬氏體體積分數(shù)和強度指標有下降趨勢，在295 和310 °C 溫度內(nèi)各項指標變化不大，綜合考慮企業(yè)設(shè)備冷卻能力，快冷溫度選取310±10 °C，可獲得理想的馬氏體體積分數(shù)和力學性能。

（3）采用低合金成本設(shè)計，在適量減少Mn 元素不添加Cr 元素的前提下，可以通過優(yōu)化調(diào)整連續(xù)退火兩相區(qū)和快冷階段溫度，獲得理想的馬氏體體積分數(shù)、組織形貌和力學性能，提高產(chǎn)品經(jīng)濟效益。

利用本實驗的研究結(jié)果指導實際工業(yè)試生產(chǎn)，產(chǎn)品實物性能達到標準要求，經(jīng)用戶使用完全滿足用戶對表面質(zhì)量和沖壓成形性能要求，此實驗結(jié)果對低成本雙相鋼DP600 工業(yè)化大生產(chǎn)具有一定指導意義。