一种新型热轧高强度细晶粒多相钢的加工工艺和性能

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1、一种新型热轧高强度细晶粒多相钢的加工工艺和性能①①J.Neutjens，Ph.Harlet②②Th.Bakolas，P.Cantinieaux①比利时科克利尔集团公司科研开发部②比利时科克利尔集团公司制造部摘要CockerillSambre基于CRM设计的控制轧制方案开发了一种新型高强度钢系列。这些新钢号既有高的拉伸强度（650-800MPa）和延伸率（20-25%），又有诱人的使用性能。通过控制轧制，输出辊道上的连续冷却及200℃以下卷取，得到了超细铁素体（2-3μm）和弥散分布的马氏体的组织。其优点是，化学成分成本低，沿板卷长度方向上性能非常均匀。1．前言在过去几十年，出于环境和经

2、济方面的原因，汽车工业不断提高使用高强度微合金钢，以减低燃料消耗。新的安全和舒适设计概念导致了汽车重量增加，因而加重了汽车工业对钢铁生产商开发新型高强度钢以降低钢板厚度的压力。目前，研究与开发主要集中于减轻用冷轧钢板制成的车体重量。对某些用于诸如悬挂零件和轮毂的热轧钢板，仍然可使重量最优化。利用经典的沉淀硬化概念难于实现超高强度级别。首先，已证明较高强度级别的HSLA钢的强度-塑性匹配不足以保证复杂零件所要求的成型性。其次，HSLA钢的屈强比是如此高以至于冲压后的回弹对许多用途而言都过大了。双相钢和相变诱导塑性钢由于具有诱人的高强度和优异的可成型性，相变强化的多相钢非常有前途用于减轻重

3、量。尽管从70和80年代就开始了实验室研究，但目前这类钢还未进行工业大生产。钢厂面对的主要问题是这些多相钢的表面质量、性能均匀性、生产成本和点焊可焊性[7-10]。图1.热轧双相钢标准生产工艺示意图1双相钢组织为硬的马氏体岛分布在软的铁素体基体上。为获得这种特定的组织，在热轧带钢机组输出辊道上需采用分段冷却（图1）。在精轧以后，热带冷却至奥氏体-铁素体转变曲线的鼻子尖温度。在此温度下转变动力学最快，这样在随后的缓慢冷却（空冷）过程中，可形成所必需的多边铁素体量。然后，把组织为铁素体加上剩余奥氏体的钢淬火冷却至卷取温度。若卷取温度低于马氏体开始转变温度，富碳的剩余奥氏体可转变为马氏体。使

4、用抑制珠光体和（或）贝氏体形成的合金元素Mo，Cr，Si，可使钢在较高温度（400-500℃）进行卷取[11]。低温卷取（＜300℃）可不需昂贵的合金化。并且较好的表面质量与低成本的化学成分有关。但是，采用常规的轧出辊道冷却技术，尤其是轧制速度很高时，不容易获得如此低的卷取温度。相变诱导塑性钢的组织约为50％铁素体，35％贝氏体和15％的残余奥氏体。为使奥氏体在室温保持稳定，富碳程度必须很高。对双相钢而言，在分段冷却的慢冷阶段形成铁素体，从而使奥氏体富碳。随后热带冷却至450℃这一典型的卷取温度。在此温度下将形成贝氏体，由于碳从贝氏体型铁素体中被排离出来导致剩余奥氏体进一步富碳。但是，

5、为防止贝氏体转变时析出碳化物，需要很高的Si含量，一般为1-1.5%，在整个生产过程（连铸、热轧及酸洗）中造成严重问题[12，13]。双相钢和相变诱导塑性钢的力学性能主要取决于相关相组元的体积分数。这些钢的成功生产必须有精确的组织设计，而这与输出辊道上实行的热过程紧密相关。然而，相转变特征是，很小的变化将导致最终产品的组织和力学性能有所不同。在快速轧制操作下，分段冷却布置的热参数难以控制。快速轧制用于高产的热轧带钢机组为保证终轧温度一致性，故使用分段冷却，否则难于满足良好的产品均匀性的需要。与冶金研究中心（CRM）合作，CockerillSambre开发了一种细晶粒双相钢，这种钢化学成

6、分成本低，热机械控制轧制后可保证优越的产品均匀性[14]。2．热机械过程的描述相变诱导塑性钢可得到（＞800MPa）很高强度水平，双相钢典型抗拉强度为550-600MPa。为获得更高的强度，可通过调整化学成份提高马氏体体积分数，但却恶化了成型性和焊接性。铁素体晶粒细化不仅是一种有效的强化机制，而且还会改善韧性、塑性和疲劳性能。已知，奥氏体在Tnr温度以下变形将导致薄饼组织的发展，这种组织为铁素体转变提供了更多的形核位置，造成晶粒显著细化。添加少量Nb允许至少3～4个精轧机架在Tnr温度以下进行轧制。这种控轧技术现在已用于生产典型晶粒尺寸为5～7μm的低合金高强度钢。甚至，正如Kaspa

7、r等[15]和Bowden等人[16]指出，通过动态再结晶奥氏体的快速冷却2可得到更小的晶粒尺寸（2，3μm）。奥氏体在低温下发生动态再结晶，需要大的应变。精轧机上的单机架上不可能有实现如此大的应变，因此需要几个机架的变形应累积起来以达到诱发动态再结晶所需的临界应变量。加入少量Nb可抑制静态再结晶，但也提高了诱发动态再结晶的应变量。在精轧过程中，最大压下量在第一机架，这样就可以假定，如果静态再结晶发生在前两个或前三个机架之间，总的累积应变量将不