卷取溫度對(duì)含Ti和Mo的雙相鋼析出行為遺傳性的影響

姜英花 鄒 英

(1.首鋼集團(tuán)有限公司 技術(shù)研究院，北京 100043； 2. 綠色可循環(huán)鋼鐵流程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100043)

隨著汽車輕量化的發(fā)展，先進(jìn)高強(qiáng)鋼在汽車中的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。先進(jìn)高強(qiáng)鋼不僅要有較高的強(qiáng)度還要具有良好的成形性[1- 3]。目前以鐵素體和馬氏體組織的雙相鋼應(yīng)用最為廣泛，但這類鋼因軟質(zhì)鐵素體相和硬質(zhì)馬氏體相的硬度不均勻性，具有低的屈服強(qiáng)度和擴(kuò)孔性[4]。為解決上述問(wèn)題，本文在雙相鋼中復(fù)合添加了Ti和Mo元素。Ti和Mo元素通過(guò)析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化，提高了組織均勻性，改善了雙相鋼的局部成形性。Ti與V和Nb相比，原子量較小，易與碳或氮結(jié)合，碳氮化鈦的析出強(qiáng)化效果明顯大于其他微合金元素的碳氮化物。在良好控制條件下，Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%時(shí)，其析出強(qiáng)化的強(qiáng)度增量可達(dá)70 MPa。Mo一般與其他微合金元素復(fù)合析出，其顆粒與其他微合金復(fù)合析出顆粒相比明顯細(xì)化，對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)大[5]。但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，微合金化元素對(duì)工藝及工藝波動(dòng)十分敏感，導(dǎo)致強(qiáng)度性能波動(dòng)[6]。特別是對(duì)卷取溫度較敏感，析出物在卷取過(guò)程中容易粗化，對(duì)沉淀硬化的貢獻(xiàn)減小。目前，有關(guān)卷取溫度對(duì)Ti析出物的影響研究較多[7- 8]，但關(guān)于Ti與其他微合金元素復(fù)合析出的研究報(bào)道較少。本文主要研究了卷取溫度對(duì)雙相鋼熱軋板和退火板中Ti和Mo析出物成分、大小及析出行為的影響，從而了解其析出行為的遺傳性。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分如表1所示。從生產(chǎn)線上取雙相鋼鑄坯在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熱軋模擬試驗(yàn)。將鑄坯加熱到1 250 ℃保溫2 h進(jìn)行均勻化處理，再熱軋成3 mm厚的板材。終軋溫度為870 ℃，卷取溫度分別為550和620 ℃。將在不同溫度卷取的熱軋板酸洗后冷軋成1.5 mm厚的冷硬板，然后在Vatron Multi- Pass連續(xù)退火模擬器上進(jìn)行連續(xù)退火模擬試驗(yàn)，其工藝曲線如圖1所示。將退火溫度設(shè)為790 ℃，各段熱處理時(shí)間取決于各工作段長(zhǎng)度和設(shè)定的帶速。從試驗(yàn)鋼熱軋板和退火板上取樣，經(jīng)研磨→拋光→硝酸酒精浸蝕→噴碳→脫膜→銅網(wǎng)撈取后，利用透射電子顯微鏡(transmission electron microscope, TEM)對(duì)析出物成分和尺寸進(jìn)行分析。根據(jù)TEM的EDS(energy dispersive spectrometer)圖譜計(jì)算Ti與Mo原子比，采用Image J軟件測(cè)量析出相尺寸。采用物理化學(xué)相分析法對(duì)Ti和Mo析出相進(jìn)行定量分析。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical composition of the tested steel (mass fraction) %

圖1 模擬連續(xù)退火工藝Fig.1 Simulated continuous annealing process

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖2為利用Thermo- Calc熱力學(xué)軟件計(jì)算得到的雙相鋼的碳氮化物析出相中Ti、Mo、C、N原子數(shù)分?jǐn)?shù)隨溫度的變化。可以看出，高溫下主要析出氮化物，低溫下主要析出碳化物。若用TiCxN1-x表示碳氮化物，則x隨著溫度的降低而增大，即隨著溫度降低依次析出TiN、Ti(NC)、TiC。在700 ℃以下溫度開(kāi)始析出Mo的復(fù)合析出物。文獻(xiàn)[9]也指出添加Ti和Mo的鋼的最佳卷取溫度范圍為500～700 ℃。

圖2 雙相鋼的碳氮化物析出相中Ti、Mo、C、N原子數(shù)分?jǐn)?shù)隨溫度的變化Fig.2 Variation in atom fractions of Ti, Mo, C, N in carbonitride precipitates in dual- phase steel with temperature

圖3為雙相鋼熱軋板中析出物的TEM照片和EDS分析。可以看出，熱軋板中主要析出物為

圖3 雙相鋼熱軋板中析出物的TEM照片和EDS分析Fig.3 TEM image and EDS analysis of precipitates in the hot-rolled dual- phase steel plate

矩形Ti(NC)和TiC，還有少量球形(Ti,Mo)C復(fù)合析出物，尺寸為50～200 nm。圖4為雙相鋼熱軋板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸與Ti/Mo原子比關(guān)系。可以看出，(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸隨著Ti與Mo原子比的降低而減小。表2為在不同溫度卷取的雙相鋼熱軋板中Ti和Mo析出量。可以看出，550 ℃卷取的板Ti和Mo析出量小于620 ℃卷取的板，且Ti析出量明顯大于Mo析出量。

圖4 雙相鋼熱軋板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸與Ti/Mo原子比關(guān)系Fig.4 Relationship between size of (Ti,Mo)C composite precipitates and atomic ratio of Ti to Mo in the hot-rolled dual- phase steel plate

表2 不同溫度卷取的雙相鋼熱軋板中Ti和Mo析出量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Precipitation amounts of Ti and Mo in the hot-rolled dual- phase steel plate coiled at different temperatures(mass fraction) %

圖5為雙相鋼退火板中析出物的TEM照片和EDS分析。可以看出，退火板中主要析出物為細(xì)小的球形(Ti,Mo)C復(fù)合析出物，尺寸為5～100 nm。相比于熱軋板，退火板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物的數(shù)量較多，尺寸明顯減小。圖6為薄膜析出物的TEM照片。可以看出，(Ti,Mo)C復(fù)合析出物主要在緊鄰位錯(cuò)的鐵素體相析出。圖7為退火板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸與Ti/Mo 原子比關(guān)系。可以看出，(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸隨著Ti/Mo原子比的降低而減小，這與熱軋板的結(jié)果一致。表3 為在不同溫度卷取的雙相鋼退火板中Ti和Mo析出量。可見(jiàn)與熱軋板相反，620 ℃卷取的退火板中Ti和Mo析出量小于550 ℃卷取的退火板。雙相鋼退火板中Mo析出量明顯大于熱軋板中Mo析出量，這與TEM的分析結(jié)果一致。

表3 不同溫度卷取的雙相鋼退火板中Ti和Mo析出量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 3 Precipitation amounts of Ti and Mo in annealed dual- phase steel plate coiled at different temperatures (mass fraction) %

圖5 雙相鋼退火板中析出物的TEM照片和EDS分析Fig.5 TEM image and EDS analysis of precipitates in the annealed dual- phase steel plate

圖6 薄膜析出物的TEM照片F(xiàn)ig.6 TEM image of the film precipitate

圖7 雙相鋼退火板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸與Ti/Mo原子比關(guān)系Fig.7 Relationship between size of (Ti,Mo)C composite precipitates and atomic ratio of Ti to Mo in the annealed dual- phase steel plate

文獻(xiàn)[10]指出，Mo一般不會(huì)單獨(dú)析出，主要以復(fù)合的形式析出，相比Ti單獨(dú)析出對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)更大。本文雙相鋼中Mo與Ti結(jié)合以(Ti,Mo)C形式復(fù)合析出。在相同溫度卷取的退火板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物明顯多于熱軋板，特別是550 ℃卷取的退火板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物明顯多于620 ℃卷取的退火板， 從而有利于提高退火板的強(qiáng)度。Mo碳化物的形成能遠(yuǎn)大于Ti碳化物，Mo碳化物非常不穩(wěn)定，通常會(huì)置換Ti元素，減小界面能，提高(Ti,Mo)C復(fù)合析出形核數(shù)量。一般Ti析出物半徑的立方隨著Ti在粗化過(guò)程中的平衡濃度線性增大。添加Mo有助于延緩Ti析出物長(zhǎng)大，從而獲得細(xì)小的(Ti,Mo)C。因此，提高(Ti,Mo)C復(fù)合析出物中Mo含量，即減小Ti/Mo原子比，可以細(xì)化顆粒。相比熱軋板，雙相鋼退火板中Mo析出物明顯增多，(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸也明顯減小。

3 結(jié)論

(1)雙相鋼熱軋板中主要析出物為矩形Ti(NC)和TiC，退火板中主要析出物為球形(Ti,Mo)C復(fù)合析出物。

(2)熱軋板和退火板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物尺寸隨著Ti與Mo原子比的降低而減小。

(3)熱軋板中Ti析出量明顯多于Mo析出量，550 ℃卷取的板Ti和Mo析出量小于620 ℃卷取的板。

(4)與熱軋板相反，550 ℃卷取的退火板中Ti和Mo析出量大于620 ℃卷取的退火板，特別是550 ℃卷取的退火板中(Ti,Mo)C復(fù)合析出物較多，較細(xì)小。