熱軋雙相鋼生產工藝與組織性能控制

摘 要:雙相鋼主要由鐵素體和馬氏體組成，在拉伸曲線上沒有明顯的屈服平臺，強屈比大，有利于沖壓成形，在現代汽車用制造上應用非常廣泛。本文通過對雙向鋼生產工藝及其對組織性能的影響分析，提出雙相鋼組織性能控制的思路，并就生產實踐情況進行了探討。

關鍵詞:雙相鋼 生產工藝 組織性能

中圖分類號:TG335.11 文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0081-02

Abstract:Dual-phase steel mainly composed of ferrite and martensite，the tensile yield curve is no obvious platform，tensile yield ratio is conducive to metal forming，in the modern automotive manufacturing is widely used. Based on the dual-phase steel production process and its impact on organizational performance analysis，the idea of organizational performance of dual-phase steel and production practices on the situation were discussed.

Key Words:dual-phase steel;producton process;organizational performance;

1 雙相鋼概述

雙相鋼是由鐵素體和少量(體積分數<20％)馬氏體組成的高強度鋼，也稱馬氏體雙相鋼，其雙相組織是將低碳鋼或低碳合金鋼經過臨界區熱處理或控軋控冷工藝得到的[1]。這種鋼具有無明顯屈服平臺、屈服點低、初始加工硬化速率高等特點已成為一種強度高成形性好的新型沖壓用鋼。雙相鋼的開發對汽車板材向輕量化、高強度發展有著重要意義，目前已經廣泛應用于汽車制造業。

2 雙相鋼生產工藝的選擇

雙相鋼的實際生產工藝主要有兩種:熱處理法和直接熱軋法。相比之下，熱軋法生產雙相鋼工序簡單、成本低、節約工時和能源、便于大規模生產，成為生產雙相鋼的首選方法[2]。目前，傳統熱軋雙相鋼的生產方法可分為中溫卷取型熱軋法和低溫卷取型熱軋法。

中溫卷取型熱軋法，即在通常的終軋及卷取溫度下獲得雙相組織。其原理是適當加入Cr、Mo等元素提高奧氏體在常規卷取溫度范圍內的穩定性，在其連續冷卻過程中，由于奧氏體的穩定化而存在一個“窗口”，在“窗口”溫度下進行卷取，在室溫下獲得F+M組織。這種軋制方法的卷取溫度為500～600℃。

低溫卷取型熱軋法，即極低溫鋼帶在Ms點以下進行卷取，以獲得雙相組織。這種方法利用熱連軋后具有較長的輸出輥道和軋后強制冷卻設備的優勢，在熱軋階段采用控軋工藝，軋后在輸出輥道上采用快速冷卻，將熱鋼帶冷卻到馬氏體轉變點Ms溫度以下，并進行卷取。這種軋制方法的卷取溫度為100～300℃。

這兩種生產工藝的特點:采取中溫卷取型熱軋法生產雙相鋼優點是對冷卻能力要求不高，可適用于多數熱帶生產線;缺點是由于鋼中要加入Cr，Mo等合金元素，成本較高;采取低溫卷取型熱軋法時優點是使用合金量少，冶煉成本較低;缺點是Si含量較高，表面氧化鐵皮難以去除，另外層流冷卻需要較高的冷卻速度。

3 生產工藝對熱軋雙相鋼組織性能的影響

3.1 終軋溫度的影響

終軋溫度對雙相鋼性能的影響與鋼中的合金元素種類及含量有關。對于一個給定成分的合金，有一個最佳的終軋溫度范圍。在這一溫度范圍內，熱軋雙相鋼的屈服強度較低，屈強比較低，均勻延伸和總延伸率較高。最佳終軋溫度通常與未變形材料的Ar3對應。一般說終軋溫度升高，屈服強度提高。

終軋溫度的控制有兩種方法:一是接近Ar3的溫度在γ區結束軋制，可得到細晶粒組織。同時，在熱軋過程中，由于形成高密度的位錯和其它缺陷，變形位能升高，因而在積累變形和奧氏體細晶化的影響下加速鐵素體的析出，為冷卻后形成一定的組織狀態創造了條件。

兩相區軋制時，隨著兩相區溫度的逐漸降低，如果在此時結束軋制，將使析出的鐵素體經受軋制變形，在鐵素體中形成熱加工硬化型的位錯組織，使鋼的強度升高，塑性降低，甚至出現組織和性能的各向異性，故應根據要求來控制兩相區的終軋溫度。

3.2 冷卻速度的影響

終軋后的冷卻速度的選擇應該保證得到適量的先共析鐵素體，又可避免其它非馬氏體組織(如珠光體和上貝氏體)出現，從而在卷取后得到雙相組織。如果冷卻速度太快，則析出的鐵素體量不足，雙相鋼的屈服強度較高，而延性不足。如冷卻速度太慢，則會出現過多的非馬氏體組織和鐵素體組織。因此，對不同的鋼種，應選擇不同的冷卻速度。一般合金元素含量較高的鋼(含Mn、Si、Cr、Mo等)，終軋后空冷或風冷既可保證析出適量的鐵素體又可避免非馬氏體轉變產物的出現。但對合金元素含量較少的C-Mn或C-Mn-Si系列鋼，由于其奧氏體的穩定性較差，必須采用較快的冷卻速度才可以避免珠光體等非馬氏體轉變產物的出現。

3.3 卷取溫度的影響

卷取溫度主要影響殘余奧氏體的等溫轉變，從而對雙相鋼組織性能有重要影響。當成分確定時，卷取溫度過高，殘余奧氏體容易發生珠光體轉變;卷取溫度過低，則容易進入貝氏體轉變區而發生貝氏體等溫轉變，兩種情況下都會導致抗拉強度降低而屈強比升高，尤其是在卷取溫度過高的情況下。

4 熱軋雙相鋼的生產實踐情況

某熱帶廠試制HR330/580DP鋼，所有鋼坯都采步進式加熱爐加熱，粗軋機R1軋制3道次，粗軋機R2軋制5道次，軋制時前6道次開除磷水，粗軋后保溫罩全程投入使用，精軋機連軋7道次，層流冷卻采取兩段式控制，卷取后自然空冷。(如表1)

層流冷卻主要參數為精軋出口速度、終軋溫度、層流冷卻中間溫度、卷取溫度、前/后段冷卻水所開組數、冷卻速度、空冷時間等。

為了得到鐵素體+馬氏體的雙相組織，層流冷卻的主要控制參數為層流冷卻中間溫度、卷取溫度和前后兩階段冷卻速率，需要對層冷模型中兩階段冷卻速率進行人工設定。

卷取溫度的測量結果如圖1所示

HR330/580DP鋼熱軋后力學性能如表 2所示，性能滿足要求。整體屈強比控制較好。

鋼卷軋制結束后，鋼卷表面沿著軋制方向通卷都有紅銹

5 結語

熱軋雙相鋼由于工序相對簡單，通過生產的控軋控冷可以獲得比例合適的鐵素體、馬氏體雙相組織，獲得所要求的性能。根據生產實踐需要在今后的工作中繼續探討解決如下問題:低溫卷取型雙相鋼對于層流冷卻的控制要求較高，需要對冷卻模型進行二次開發，實現冷卻的工藝要求。低溫卷取型雙相鋼在實際卷取過程中由于卷取溫度控制在300℃以下，導致常規測溫儀無法實現精確控制，需要配備低溫測溫儀。由于C-Si-Mn系雙相鋼中Si的含量較高，軋制后鋼卷表面紅銹明顯，對后續的加工制造帶來影響。

參考文獻

[1]黨淑娥．雙相鋼的研究現狀及應用前景明．山西機械，2002，(4):14-15．

[2]董毅等.終軋溫度對熱軋細晶雙相鋼組織與性能的影響.金屬熱處理，2001，(5):1-5.

[3] 馬鳴圖，吳寶榕，雙相鋼-物理和力學冶金.北京冶金工業出版社會，2009，79-80.