低成本C-Si-Mn双相钢DP600开发试验研究

张玉伟 赵万强 马鹏飞

摘 要：在某1780生产线上，采用C-Si-Mn简单成分体系低成本策略，采用控轧控冷工艺，在600MPa级热轧双相钢在工业试生产中取得一定突破，本文具体阐述了化学成分及工艺条件对双相钢微观组织及性能影响。

关键词：C-Si-Mn双相钢;控轧控冷工艺;工艺参数

前言

随着汽车和工程机械等行业节能、减重要求，高强钢的开发引起各方面重视，利用固溶强化、沉淀强化、位错强化等手段已经开发了各种低合金钢，显著地提高了钢的强度，但是也伴随着塑性恶化、成型性能下降。为协调强度与塑性配合，引入复合材料设计理念，开发了双相钢，双相钢系特指经临界区处理或控制轧制得到的主要由铁素体和马氏体按一定比例所构成的钢。这种钢具有屈服点低、屈强比低、初始加工硬化率高。在拉伸曲线上为连续屈服以及强度和延性配合好等特点。双相钢能协调强度和塑性的配合，具有优良的强度和延伸率配合等优点，具有良好的市场前景，并将可能占据汽车用钢市场的80%[1～2]。

本文介绍某1780生产线，采用普通C- Si-Mn成分设计、生产的600MPa级低成本的热轧双相钢的组织、性能特点，为规模化工业生产热轧双相钢制定工艺参数提供参考。

1 化学成分确定

低成本双相钢选用C- Si-Mn系，其化学成分见表1。化学成分中主要元素对组织、性能及生产工艺的影响

（1）碳直接影响临界区处理后双相钢中马氏体的体积分数和马氏体碳含量。一般双相钢中碳应该在O.10%以下，以便得到工业上常用20%左右的马氏体体积分数，马氏体中碳含量为O.40%以下的双相钢。这对延性和断裂抗力改善都有好处。

（2）锰是扩大奥氏体区的元素，在中间缓冷阶段延迟珠光体和贝氏体的形成，提高钢的淬透性，从而促进在缓冷结束后的强制冷却过程中形成马氏体。因此当含锰量较低时，铁素体相变后的残余奥氏体不稳定，在冷却过程中容易相变为贝氏体组织，不能得到DP钢要求的铁素体和马氏体钢组织。

（3）硅属于置换型合金元素，通过固溶强化可提高钢的强度;同时硅是铁素体的形成元素，在热轧DP钢的轧制后缓冷阶段中，硅主要是促进铁素体生成，通过相变时成分的再分布，使碳向未转变的奥氏体中富集;进而提高奥氏体的淬透性能，有利于在第二阶段快速冷却阶段中形成马氏体。

2 工业生产过程及轧制参数设定

2.1工业生产过程

DP600热轧双相钢生产工艺路线为：铁水预处理→150t提钒转炉提钒→LF精炼处理→薄板坯连铸→空冷72小时→加热炉板坯均匀加热→高压水除鳞→粗轧机轧制→热卷箱→精轧机轧制→层流冷却→空冷→二次层流冷却→低温卷取

工业试验DP600双相钢成品厚度为3.9mm，在成品上取拉伸试样，测试拉伸性能;并在拉伸试样附近截取金相试样，经4%硝酸酒精侵蚀，用金相显微镜观察微观组织。

2.2轧制参数设定

（1）将连铸过来的中间坯在加热炉内加热到1180℃左右并保温半小时以上使其完全奥氏体化。

（2）通过DP600双相钢试验确认，奥氏体转变铁素体的问题在750～650℃（723℃），因此终轧温度在820℃以下时，双相钢轧制成功率较高

（3）通过试验证实，开发的低成本C-Si-Mn双相钢，随着二次层流冷却温度                 变化，试验钢的抗拉强度，屈服强度无明显变化，屈强比随着二次层流冷却温度升高而降低。

（4）卷取温度对轧制双相钢的显微组织有重要影响。合理的卷取温度应是既避免铁素体时效，又保证得到清洁的铁素体和一定体积分数的马氏体相。卷取温度升高，对屈服强度没有明显影响;抗拉强度则随卷取温度升高而下降，这与组织中马氏体量减少及马氏体的回火有关。屈服比随着卷取温度升高呈下降趋势;总延伸率一般随卷取温度升高而升高，但使卷取温度升高仅使均匀延伸率略有改善。塑性变形各向异性比r和加工硬化指数n在220℃时取得峰值。综合强度和延性，卷取温度在220℃～250℃左右综合性能配合最好

3 试验结果

3.1力学性能

开发的厚度为3.9mm双相钢，实测力学性能与日本JISG3134：2006产品标准对比情况屈服强度取均匀变形最初0.2%处的应力值（RP0.2）。

3.2显微组织

开发的DP600双相钢显微组织，其中白色组织为马氏体，同时伴随有微量的下贝氏体，灰色组织为铁素体。采用网格法统计估计的马氏体体积分数为16～20%;铁素体晶粒平均直径为6～10um;马氏体岛在铁素体晶粒间呈不规则多边形分布。

4 结论及遗留问题

4.1為降低成本，1780生产线开发经济型双相钢以Si、Mn为主要合金元素，通过精确冷却控制过程实现少或不加Cr、Mo等合金元素，因此对热连轧机机组和控轧空冷设备有严格要求，在前期试制过程中已经完成了相关的工艺设备的测试工作。

4.2轧制工艺参数对低成本C-Si-Mn双相钢DP600的组织和性能至关重要，为获得铁素体和马氏体双相组织，层流冷却需采用二次层流冷却策略，然后快速冷至300℃以下温度进行低温卷取。

4.3从本次生产试验结果来看，1780生产线已具备生产低温卷取型简单成分C-Si-Mn热轧双相钢DP600能力，通过与日本标准JISG—3134中对应牌号热轧双相钢SPFH—590Y的各项指标对比，满足600MPa级双相钢的设计要求。

4.4从本次生产试验过程中，低成本C-Si-Mn系热轧双相钢对生产设备及工艺的精度要求非常高，在试制过程中也并非所有试验钢都能满足双相钢的性能要求，因此在下一步工作过程中还需从提高设备、工艺控制精度，及如何扩大C-Si-Mn系热轧双相钢温度窗口两方面入手来提高双相钢DP600的生产稳定性。

参考文献：

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