浙江至德鋼業(yè)有限公司以一種低硅含鉻熱軋雙相鋼為研究對(duì)象，通過熱軋?jiān)囼?yàn)，對(duì)比研究了兩種軋后冷卻工藝對(duì)獲得的雙相鋼板的組織和性能的影響。結(jié)果表明，在軋后采用易于控制的連續(xù)層流冷卻工藝時(shí)，鋼板的抗拉強(qiáng)度可達(dá)600MPa以上，屈強(qiáng)比約為0.56，伸長率高于26%，相變硬化指數(shù)n值大于0.22;而當(dāng)軋后采用三段式冷卻工藝時(shí)，與前者相比，得到的鋼板的強(qiáng)度略低，抗拉強(qiáng)度大于550MPa，但其它性能較優(yōu)。

 由軟相鐵素體和硬相馬氏體組成的雙相鋼由于其較高的強(qiáng)度、良好的成形性及焊接性等優(yōu)點(diǎn)得到汽車領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。1994年，國際鋼鐵協(xié)會(huì)制定了超輕鋼車體計(jì)劃(ULSAB)，在超輕鋼車體中，雙相鋼將占車體總質(zhì)量的74.3%。而到目前為止，熱軋雙相鋼仍未能得到廣泛的應(yīng)用，其主要原因有以下幾點(diǎn): ①. 采取中溫卷取法生產(chǎn)熱軋雙相鋼時(shí)，鋼中常加入鉬元素，導(dǎo)致成本較高; ②. 采取低溫卷取法生產(chǎn)熱軋雙相鋼時(shí)，需要較強(qiáng)的軋后冷卻能力及低溫卷取能力，對(duì)設(shè)備的能力要求較高; ③. 一般熱軋雙相鋼中的Si含量較高，大約在1%～1.5%之間，高硅會(huì)導(dǎo)致鋼板表面質(zhì)量較差，還會(huì)對(duì)后續(xù)工序帶來不利影響; ④. 熱軋雙相鋼在生產(chǎn)過程中，軋后冷卻工藝較復(fù)雜，難以精確控制。因此，對(duì)以上問題的研究有利于推動(dòng)熱軋雙相鋼的發(fā)展。

 至德鋼業(yè)以一種低硅含鉻熱軋雙相鋼為研究對(duì)象，研究了不同的冷卻工藝對(duì)獲得的高強(qiáng)度熱軋雙相鋼板組織和性能的影響，為熱軋雙相鋼的實(shí)際生產(chǎn)提供了依據(jù)。

一、試驗(yàn)材料及方案

 1. 試驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成分

  試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分見表，試驗(yàn)鋼采用低硅含Cr的成分設(shè)計(jì)，其中Si含量的降低可以提高鋼板的表面質(zhì)量，而Cr的加入提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，擴(kuò)大了“卷取窗口”，有利于過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同時(shí)，相比于添加M鉬元素，成本較低。

  2. 試驗(yàn)方案

  試驗(yàn)鋼在500mm中厚板試驗(yàn)軋機(jī)上進(jìn)行軋制。試驗(yàn)鋼采用中溫卷取法生產(chǎn)，奧氏體化溫度為1200℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)。保溫后進(jìn)行5道次的兩階段控軋，其中在未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行3個(gè)道次的軋制，開軋溫度低于930℃ (Tnr，再結(jié)晶終止溫度)，終軋溫度為820～860℃，終冷溫度約為570℃，冷至570℃后放入保溫爐內(nèi)隨爐冷卻，模擬卷取工藝。試驗(yàn)鋼的原始厚度為35mm，成品厚度為4mm，各道次厚度為35→22→14→9→6→4。根據(jù)冷卻工藝的不同，將試驗(yàn)鋼編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)，其中1號(hào)試驗(yàn)鋼的終軋溫度約為820℃，軋后采用連續(xù)層流冷卻工藝?yán)鋮s，平均冷速低于30℃/s;2號(hào)試驗(yàn)鋼的終軋溫度約為860℃，軋后采用三段式冷卻工藝?yán)鋮s，空冷開始溫度約為690℃，空冷時(shí)間約為7秒。

  3. 組織觀察與力學(xué)性能檢測

   試驗(yàn)完成后，從板寬1/4處切取金相試樣，經(jīng)研磨、拋光后分別采用4%(體積分?jǐn)?shù))的硝酸酒精溶液和Lepera試劑腐蝕，用以觀察鐵素體和馬氏體組織的形貌和分布。同時(shí)，在相同部位沿軋制方向(縱向)切取3個(gè)板狀拉伸試樣，加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測定力學(xué)性能。金相組織和兩相含量通過LEICAQ550IW型圖像分析儀進(jìn)行觀察和測定，鐵素體晶粒尺寸采用割線法來測定，硬度采用MF-700顯微硬度計(jì)測定。采用FEITecnaiG220透射電鏡對(duì)組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

二、試驗(yàn)結(jié)果及分析

  1. 試驗(yàn)鋼的組織

   試驗(yàn)鋼的顯微組織如圖所示。其中圖分別為1號(hào)和2號(hào)試驗(yàn)鋼金相試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后的顯微組織，圖為對(duì)應(yīng)試樣經(jīng)LEPERA試劑腐蝕后的顯微組織。由圖可知，1號(hào)鋼板的顯微組織由大量的鐵素體和少量馬氏體島及極少量的貝氏體中，白色組織為鐵素體，灰色組織為馬氏體和貝氏體; 圖中白色組織為馬氏體)組成，其中鐵素體晶粒呈等軸狀，晶界平整清晰，細(xì)小的島狀馬氏體彌散分布于鐵素體晶界處，具有輕微帶狀特征。2號(hào)鋼板的組織由大量的鐵素體和少量島狀馬氏體組成，呈典型的雙相特征，與1號(hào)鋼相比，其鐵素體晶粒大小更加細(xì)小均勻，馬氏體島分布更加彌散。

   表顯示了兩塊鋼板室溫組織中鐵素體的晶粒尺寸、鐵素體的硬度以及馬氏體的含量，其中每塊鋼板各測試了3個(gè)不同鐵素體晶粒的硬度。由表可知，與2號(hào)試驗(yàn)鋼相比，1號(hào)試驗(yàn)鋼的鐵素體晶粒尺寸略大，約為6.6μm，且硬度較低，而馬氏體的百分含量較大，達(dá)到15.1%。其主要原因?yàn)樵?號(hào)鋼板的冷卻工藝下，鐵素體中碳擴(kuò)散較為充分，鐵素體中碳含量較低，硬度值較小，同時(shí)，在冷卻過程中，可供鐵素體長大的時(shí)間相對(duì)較長，晶粒尺寸相比略大。2號(hào)試驗(yàn)鋼鐵素體晶粒尺寸較小、硬度較大及馬氏體百分含量較小的原因與其采用三段式的冷卻工藝有關(guān)，在此冷卻工藝條件下，奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力較大，大量的鐵素體在很短的時(shí)間內(nèi)行核并長大，加上轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)較低的因素，導(dǎo)致了鐵素體晶粒尺寸的細(xì)小和馬氏體百分含量較小。同時(shí)，轉(zhuǎn)變時(shí)間較短導(dǎo)致了鐵素體晶粒中的碳沒有時(shí)間充分?jǐn)U散，使鐵素體晶粒中碳含量較大，鐵素體晶粒的硬度高于1號(hào)試驗(yàn)鋼中鐵素體的硬度。

   圖為1號(hào)和2號(hào)試驗(yàn)鋼經(jīng)透射電鏡觀察到的組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)。在1號(hào)試驗(yàn)鋼中，通過透射電鏡觀察到的結(jié)果顯示，島狀馬氏體的精細(xì)結(jié)構(gòu)為孿晶馬氏體，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了少量的貝氏體。組織中的鐵素體晶界清晰且較為平直，鐵素體晶粒內(nèi)部存在一定量的位錯(cuò)。2號(hào)試驗(yàn)鋼的精細(xì)結(jié)構(gòu)與1號(hào)類似，組織中存在孿晶馬氏體及具有平直晶界的等軸鐵素體，同時(shí)還觀察到了馬氏體與鐵素體接觸處存在的大量的位錯(cuò)，這些位錯(cuò)對(duì)試驗(yàn)鋼的連續(xù)屈服具有重要作用。與1號(hào)試驗(yàn)鋼不同，在2號(hào)試驗(yàn)鋼的組織中沒有發(fā)現(xiàn)貝氏體的存在。

  2. 試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

   在兩塊試驗(yàn)鋼上各取3個(gè)縱向拉伸試樣，制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣并進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。鋼板的拉伸性能見表所示。由表可知，1號(hào)鋼板的拉伸性能良好，屈服強(qiáng)度達(dá)到335MPa以上，抗拉強(qiáng)度高于600MPa，伸長率達(dá)到26%以上，屈強(qiáng)比低于0.57，而n值高于0.22，完全滿足GB/T20887.3-2010中對(duì)600MPa級(jí)熱軋雙相鋼的性能要求。與1號(hào)鋼板相比，2號(hào)鋼板的強(qiáng)度略低，抗拉強(qiáng)度為550～580MPa，但其它性能較好，屈強(qiáng)比低于0.51，伸長率和n值優(yōu)于1號(hào)鋼板。

三、結(jié)論

  1. 采用兩種工藝得到的鋼板的室溫組織主要由大量鐵素體和少量馬氏體組成，力學(xué)性能良好。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)所采用的工藝應(yīng)以現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際情況而定，若軋線的冷卻段較短，則可采用易于操作的連續(xù)層流冷卻工藝; 反之，則可用三段式冷卻工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

  2. 當(dāng)軋后采用連續(xù)層流冷卻工藝時(shí)，鋼板的抗拉強(qiáng)度高于600MPa，伸長率達(dá)到26%以上，屈強(qiáng)比低于0.57，而n值高于0.22，性能滿足600MPa級(jí)熱軋雙相鋼國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

  3. 當(dāng)軋后采用三段式冷卻工藝時(shí)，鋼板的抗拉強(qiáng)度略低，達(dá)到550～580MPa，但其它性能良好，其中屈強(qiáng)比低于0.51，伸長率和n值分別達(dá)到26%和0.22以上。