低成本C-Si-Mn雙相鋼DP600開發試驗研究

張玉偉 趙萬強 馬鵬飛

摘 要：在某1780生產線上，采用C-Si-Mn簡單成分體系低成本策略，采用控軋控冷工藝，在600MPa級熱軋雙相鋼在工業試生產中取得一定突破，本文具體闡述了化學成分及工藝條件對雙相鋼微觀組織及性能影響。

關鍵詞：C-Si-Mn雙相鋼;控軋控冷工藝;工藝參數

前言

隨著汽車和工程機械等行業節能、減重要求，高強鋼的開發引起各方面重視，利用固溶強化、沉淀強化、位錯強化等手段已經開發了各種低合金鋼，顯著地提高了鋼的強度，但是也伴隨著塑性惡化、成型性能下降。為協調強度與塑性配合，引入復合材料設計理念，開發了雙相鋼，雙相鋼系特指經臨界區處理或控制軋制得到的主要由鐵素體和馬氏體按一定比例所構成的鋼。這種鋼具有屈服點低、屈強比低、初始加工硬化率高。在拉伸曲線上為連續屈服以及強度和延性配合好等特點。雙相鋼能協調強度和塑性的配合，具有優良的強度和延伸率配合等優點，具有良好的市場前景，并將可能占據汽車用鋼市場的80%[1～2]。

本文介紹某1780生產線，采用普通C- Si-Mn成分設計、生產的600MPa級低成本的熱軋雙相鋼的組織、性能特點，為規模化工業生產熱軋雙相鋼制定工藝參數提供參考。

1 化學成分確定

低成本雙相鋼選用C- Si-Mn系，其化學成分見表1。化學成分中主要元素對組織、性能及生產工藝的影響

（1）碳直接影響臨界區處理后雙相鋼中馬氏體的體積分數和馬氏體碳含量。一般雙相鋼中碳應該在O.10%以下，以便得到工業上常用20%左右的馬氏體體積分數，馬氏體中碳含量為O.40%以下的雙相鋼。這對延性和斷裂抗力改善都有好處。

（2）錳是擴大奧氏體區的元素，在中間緩冷階段延遲珠光體和貝氏體的形成，提高鋼的淬透性，從而促進在緩冷結束后的強制冷卻過程中形成馬氏體。因此當含錳量較低時，鐵素體相變后的殘余奧氏體不穩定，在冷卻過程中容易相變為貝氏體組織，不能得到DP鋼要求的鐵素體和馬氏體鋼組織。

（3）硅屬于置換型合金元素，通過固溶強化可提高鋼的強度;同時硅是鐵素體的形成元素，在熱軋DP鋼的軋制后緩冷階段中，硅主要是促進鐵素體生成，通過相變時成分的再分布，使碳向未轉變的奧氏體中富集;進而提高奧氏體的淬透性能，有利于在第二階段快速冷卻階段中形成馬氏體。

2 工業生產過程及軋制參數設定

2.1工業生產過程

DP600熱軋雙相鋼生產工藝路線為：鐵水預處理→150t提釩轉爐提釩→LF精煉處理→薄板坯連鑄→空冷72小時→加熱爐板坯均勻加熱→高壓水除鱗→粗軋機軋制→熱卷箱→精軋機軋制→層流冷卻→空冷→二次層流冷卻→低溫卷取

工業試驗DP600雙相鋼成品厚度為3.9mm，在成品上取拉伸試樣，測試拉伸性能;并在拉伸試樣附近截取金相試樣，經4%硝酸酒精侵蝕，用金相顯微鏡觀察微觀組織。

2.2軋制參數設定

（1）將連鑄過來的中間坯在加熱爐內加熱到1180℃左右并保溫半小時以上使其完全奧氏體化。

（2）通過DP600雙相鋼試驗確認，奧氏體轉變鐵素體的問題在750～650℃（723℃），因此終軋溫度在820℃以下時，雙相鋼軋制成功率較高

（3）通過試驗證實，開發的低成本C-Si-Mn雙相鋼，隨著二次層流冷卻溫度 ? ? ? ? ? ? ? ? 變化，試驗鋼的抗拉強度，屈服強度無明顯變化，屈強比隨著二次層流冷卻溫度升高而降低。

（4）卷取溫度對軋制雙相鋼的顯微組織有重要影響。合理的卷取溫度應是既避免鐵素體時效，又保證得到清潔的鐵素體和一定體積分數的馬氏體相。卷取溫度升高，對屈服強度沒有明顯影響;抗拉強度則隨卷取溫度升高而下降，這與組織中馬氏體量減少及馬氏體的回火有關。屈服比隨著卷取溫度升高呈下降趨勢;總延伸率一般隨卷取溫度升高而升高，但使卷取溫度升高僅使均勻延伸率略有改善。塑性變形各向異性比r和加工硬化指數n在220℃時取得峰值。綜合強度和延性，卷取溫度在220℃～250℃左右綜合性能配合最好

3 試驗結果

3.1力學性能

開發的厚度為3.9mm雙相鋼，實測力學性能與日本JISG3134：2006產品標準對比情況屈服強度取均勻變形最初0.2%處的應力值（RP0.2）。

3.2顯微組織

開發的DP600雙相鋼顯微組織，其中白色組織為馬氏體，同時伴隨有微量的下貝氏體，灰色組織為鐵素體。采用網格法統計估計的馬氏體體積分數為16～20%;鐵素體晶粒平均直徑為6～10um;馬氏體島在鐵素體晶粒間呈不規則多邊形分布。

4 結論及遺留問題

4.1為降低成本，1780生產線開發經濟型雙相鋼以Si、Mn為主要合金元素，通過精確冷卻控制過程實現少或不加Cr、Mo等合金元素，因此對熱連軋機機組和控軋空冷設備有嚴格要求，在前期試制過程中已經完成了相關的工藝設備的測試工作。

4.2軋制工藝參數對低成本C-Si-Mn雙相鋼DP600的組織和性能至關重要，為獲得鐵素體和馬氏體雙相組織，層流冷卻需采用二次層流冷卻策略，然后快速冷至300℃以下溫度進行低溫卷取。

4.3從本次生產試驗結果來看，1780生產線已具備生產低溫卷取型簡單成分C-Si-Mn熱軋雙相鋼DP600能力，通過與日本標準JISG—3134中對應牌號熱軋雙相鋼SPFH—590Y的各項指標對比，滿足600MPa級雙相鋼的設計要求。

4.4從本次生產試驗過程中，低成本C-Si-Mn系熱軋雙相鋼對生產設備及工藝的精度要求非常高，在試制過程中也并非所有試驗鋼都能滿足雙相鋼的性能要求，因此在下一步工作過程中還需從提高設備、工藝控制精度，及如何擴大C-Si-Mn系熱軋雙相鋼溫度窗口兩方面入手來提高雙相鋼DP600的生產穩定性。

參考文獻：

[1]崔克特.汽車用鋼的發展動向[J]，金屬世界，2004，1：1-4.

[2]唐狄，米振莉，陳雨來.國外新型汽車用鋼的技術要求及研究現狀[J]，鋼鐵，2005，40（6）：1-5.

[3]王月香.低成本熱軋雙相鋼的開發[碩士論文].沈陽：東北大學，2006年.

[4]李順成.微合金化熱軋雙相鋼的開發研究[碩士論文].重慶：重慶大學，2004年.