浙江至德鋼業(yè)有限公司運(yùn)用金相、透射、拉伸測量等測試手段分析了快冷溫度和卷曲溫度對C-Si-Mn-Cr系熱軋雙相鋼的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)鋼最佳冷卻工藝為終軋后空冷到730℃，然后水冷至250℃卷取。該工藝下，可以得到抗拉強(qiáng)度為650MPa，延伸率為24.6%，屈強(qiáng)比為0.8的鐵素體+馬氏體熱軋雙相鋼。

雙相鋼組織由鐵素體（F）和馬氏體（M）構(gòu)成，其具有良好強(qiáng)塑性、低屈強(qiáng)比、高初始加工硬化率、良好烘烤硬化性能及較高的抗疲勞性能，因而滿足了汽車多種部件的應(yīng)用條件。尤其是其所具有的高強(qiáng)度可使汽車質(zhì)量減輕，從而兼顧了汽車的安全性與節(jié)能性。

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對雙相鋼組織與性能的研究以及工藝優(yōu)化進(jìn)行了大量的工作，并卓有成效。然而，關(guān)于C-Si-Mn-Cr系雙相鋼的冷軋工藝的研究鮮有報(bào)道。以C-Si-Mn-Cr實(shí)驗(yàn)鋼為研究對象，分析了快冷溫度和卷曲溫度對熱軋DP鋼的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果可以為C-Si-Mn-Cr系DP鋼的生產(chǎn)和研發(fā)提供參考。

一、實(shí)驗(yàn)材料及方法

 實(shí)驗(yàn)材料為C-Si-Mn-Cr系雙相鋼，其化學(xué)成分如表所示。實(shí)驗(yàn)用材料在25 kg真空感應(yīng)加熱爐中冶煉，將其鍛造成80 mm×80 mm×100 mm的鋼錠，而后在加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時(shí)，然后取出放置熱軋機(jī)上進(jìn)行控制軋制工藝。開軋溫度為1150℃，終軋溫度為820℃。終軋結(jié)束后分別空冷至730℃和770℃，并在170℃和250℃下分別進(jìn)行模擬卷曲。具體工藝見表，4種工藝分別編號為1#～4#。

二、結(jié)果與分析

 1. 力學(xué)性能分析

 實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)過軋制后的力學(xué)性能如表所示?？梢钥闯?，1#～4#工藝得到的實(shí)驗(yàn)鋼抗拉強(qiáng)度均在600 MPa以上，延伸率均大于20%，強(qiáng)度和延伸率均滿足要求，但是在250℃卷取的雙相鋼屈強(qiáng)比分別為0.81和0.8，屈強(qiáng)比較大。

 4種工藝下的實(shí)驗(yàn)鋼拉伸曲線如圖所示。從圖中可以看出，卷取溫度250℃的雙相鋼出現(xiàn)了明顯的屈服平臺，而170℃卷取的雙相鋼則沒有出現(xiàn)屈服平臺。這是由于當(dāng)加熱溫度逐漸升高時(shí)，馬氏體就開始分解，ε-碳化物將會(huì)從過飽和的α固溶體中彌散析出。隨著保溫時(shí)間的延長，ε-碳化物可從較遠(yuǎn)處獲得碳原子，促使ε-碳化物進(jìn)一步長大，所以低碳αs相逐漸增多，高碳α相逐漸減少，最終不存在兩種不同碳濃度的α相。當(dāng)溫度為250℃時(shí)，碳原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，可以進(jìn)行較長距離的擴(kuò)散，馬氏體的碳濃度連續(xù)不斷地下降，馬氏體發(fā)生連續(xù)式分解。卷曲溫度為250℃的試樣在拉伸時(shí)過程中，由于基體生成了較多的ε-碳化物，使試樣不能同時(shí)發(fā)生塑性流變，使拉伸曲線出現(xiàn)了屈服平臺；而在170℃回火時(shí)，含碳量低于0.2%的板條馬氏體在100~200℃之間加熱時(shí)沒有ε-碳化物析出，所以該工藝下的試樣拉伸時(shí)依然呈連續(xù)屈服特性。

 2. 組織結(jié)構(gòu)分析

 1#試樣終軋后空冷至730℃，然后水冷至250℃卷取，實(shí)驗(yàn)鋼組織如圖所示，圖為實(shí)驗(yàn)鋼的金相組織，從圖中可以實(shí)驗(yàn)鋼的鐵素體為多邊形鐵素體，有少數(shù)的多邊形鐵素體較大。圖為實(shí)驗(yàn)鋼的彩色金相組織，從圖中可以知道，實(shí)驗(yàn)鋼的第二個(gè)相是馬氏體組織，馬氏體大小不均勻，形態(tài)各異，大部分馬氏體呈長條形，還有一些呈多邊形，均勻地分布在鐵素體晶界上。1#試樣的TEM照片如圖3所示，從圖3a中可以看到鐵素體晶界處的高密度位錯(cuò)，從圖中可以看到板條馬氏體組織。

 2#試樣終軋后空冷至770℃，然后水冷至250℃卷取，實(shí)驗(yàn)鋼組織如圖所示，從圖的金相組織中可以看出鐵素體為多邊形鐵素體，大小不均勻，有少數(shù)的多邊形鐵素體較大。實(shí)驗(yàn)鋼彩色金相組織如圖所示，從圖中可以知道，實(shí)驗(yàn)鋼的第二相是馬氏體組織，均勻地分布在鐵素體晶界上。

 3#試樣終軋后空冷至730℃，然后水冷至170℃卷取，實(shí)驗(yàn)鋼組織如圖所示，從圖的金相組織中可以看出鐵素體為多邊形鐵素體，大小均勻。實(shí)驗(yàn)鋼彩色金相組織如圖所示，從圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)鋼的第二相是馬氏體組織，均勻地分布在鐵素體晶界上，有些塊狀馬氏體較大。

 4#試樣終軋后空冷至770℃，然后水冷至170℃卷取，實(shí)驗(yàn)鋼組織如圖所示。從圖中可以實(shí)驗(yàn)鋼的鐵素體為均勻的多邊形鐵素體。圖為實(shí)驗(yàn)鋼的彩色金相組織，從圖中可以知道，實(shí)驗(yàn)鋼的第二相是馬氏體組織，馬氏體大小不均勻，形態(tài)各異，有些塊狀的馬氏體較大。

 4#試樣的TEM組織如圖所示，從圖中可以看到鐵素體晶界處的高密度位錯(cuò)，圖中可以看到實(shí)驗(yàn)鋼中有孿晶馬氏體存在，在圖7c中可以看到大量的板條馬氏體，在同一塊鋼中同時(shí)出現(xiàn)了孿晶馬氏體和板條馬氏體，這說明碳元素的擴(kuò)散不均勻，高碳區(qū)的奧氏體生成了孿晶馬氏體，而在低碳區(qū)，奧氏體生成了板條馬氏體。

 3. 快冷溫度對實(shí)驗(yàn)鋼組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響

  對終軋后730℃開始水冷和770℃開始水冷兩種工藝進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)730℃開始水冷的實(shí)驗(yàn)鋼鐵素體比例占82.5%，鐵素體晶粒尺寸為5.82μm，而770℃開始水冷的實(shí)驗(yàn)鋼鐵素體比例占83.7%，鐵素體晶粒尺寸為6.46μm。可以看出，快冷溫度的降低，有利于鐵素體的生成和長大，但是區(qū)別不是太明顯。兩種工藝對實(shí)驗(yàn)鋼性能的影響如圖8所示，可以看出770℃開始水冷的實(shí)驗(yàn)鋼抗拉強(qiáng)度約高20 MPa，延伸率卻略低。由此可以看出合適的快冷溫度使組織避開珠光體和貝氏體區(qū)，有利于得到鐵素體馬氏體雙相組織，提高快冷溫度使鐵素體體積分?jǐn)?shù)降低，鐵素體晶粒尺寸減小，可以提高抗拉強(qiáng)度，但會(huì)使延伸率略有下降。

 4. 卷曲溫度對實(shí)驗(yàn)鋼組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響

 合適的卷取溫度可以得到有利于得到性能優(yōu)異的鐵素體馬氏體雙相鋼組織，對本實(shí)驗(yàn)中170℃和250℃兩種卷取溫度進(jìn)行比較，兩種卷取溫度下都得到組織均為了鐵素體和馬氏體。卷取溫度對實(shí)驗(yàn)鋼力學(xué)性能的影響如圖9所示，可以看出，170℃卷取的雙相鋼抗拉強(qiáng)度較250℃卷取的雙相鋼略高，但是屈強(qiáng)比卻低很多，這是由于本實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)鋼先冷卻到了90℃，然后放到設(shè)定溫度的卷取爐中，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)鋼回火，而250℃回火時(shí)使得實(shí)驗(yàn)鋼中的馬氏體發(fā)生分解，碳擴(kuò)散加強(qiáng)，碳原子釘扎位錯(cuò)，拉伸曲線出現(xiàn)平臺，最終使得實(shí)驗(yàn)鋼的屈強(qiáng)比升高。所以對于本實(shí)驗(yàn)鋼來說，合適的卷取溫度應(yīng)該低于250℃。具體溫度可采用先進(jìn)的高溫激光共聚焦顯微鏡，進(jìn)行高溫下金屬材料組織結(jié)構(gòu)變化的實(shí)時(shí)、原位及高清晰觀察與分析獲得，本課題組將持續(xù)進(jìn)行相關(guān)研究。

三、結(jié)束語

 浙江至德鋼業(yè)有限公司對試驗(yàn)鋼進(jìn)行了控軋控冷實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為在合適的工藝條件下該實(shí)驗(yàn)鋼可以得到性能優(yōu)異的鐵素體馬氏體雙相鋼，主要結(jié)論如下：

 1. 實(shí)驗(yàn)鋼最佳的冷卻工藝為：終軋后空冷到730℃，而后水冷至250℃進(jìn)行卷取。該工藝下，實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度650 MPa，延伸率24.6%，屈強(qiáng)比為0.8。

 2.卷曲溫度為250℃時(shí)，由于基體生成了較多的ε-碳化物，使試樣不能同時(shí)發(fā)生塑性流變，使拉伸曲線出現(xiàn)了屈服平臺；而卷曲溫度為170℃時(shí)，沒有ε-碳化物析出，拉伸曲線依然呈連續(xù)屈服特性。