摘要：介绍了通过试验研究得出的控轧控冷工艺对含Ti高强度汽车板组织和性能的影响。研究得出，钢中主要是细小的板条贝氏体组织，贝氏体板条内存在高密度位错．其板条细化和位错强化使钢的强度提高，而Ti的碳化物沿位错线弥散析出，进一步加强了析出强化效果。

关键词：含Ti钢；汽车板；控轧控冷；位错强化；析出强化

1  引言

    控轧控冷工艺和钢中化学成分的合理配比相结合，通过细晶强化、固溶强化、析出强化和相变强化等强化机制，提高钢板尤其是薄钢板的强度，并由此开发热轧马氏体双相钢板、贝氏体钢板、热轧TRIP钢板以及各种冷轧高强度钢板是当今高强度钢板研究与技术创新的热点与发展方向。该技术的开发将极大地促进高强度汽车板的发展与应用，进而达到汽车减重、节能和保护环境的目的。为此，以含Ti低碳钢为研究对象，通过采用控轧控冷工艺，使屈服强度达到830MPa以上，并研究了控轧控冷工艺对力学性能和微观组织的影响及钢中的强化因素。

2   试验材料及试验方法

    试验钢在本溪钢铁集团公司真空炉内冶炼，化学成分如表1所示。

开坯后轧成150mm×80mm×30mm的坯料。控制轧制工艺的加热温度为1200℃，轧制6道次，最终板厚4mm。各道次轧后尺寸为：30→24→17→13→9→6→4mm。钢板经水幕冷却后放入石棉毡中冷却至室温来模拟卷取过程，选择1^#～4^#试样，具体控轧控冷工艺参数如表2所示。

    钢板轧后沿轧制方向取样，测试其力学性能，并在光学显微镜及扫描电镜下观察其显微组织。TEM薄膜试样经机械减薄后，采用双喷技术获得(双喷液为5％高氯酸+95％乙醇，干冰冷却)。薄膜试样在H一800型透射电镜上进行薄膜电子显微分析。

3试验结果与讨论

3．1控轧控冷工艺对钢板性能的影响

    试样的力学性能如表3所示。图l为卷取温度对屈服强度和抗拉强度的影响。从表3和图1可看出，在开轧及终轧温度相同条件下，钢板的屈服强度和抗拉强度均随卷取温度的降低而提高。卷取温度由610℃降至500℃时，钢板的屈服强度提高300MPa，抗拉强度提高265MPa。这主要是由于随卷取温度的降低，钢中贝氏体含量增加，贝氏体的相变强化作用使钢板强度提高。卷取温度由5001℃升至540℃时，钢板的屈强比略有升高。终轧温度由790℃降至720℃时，钢板的强度反而降低。l^#钢板和4^#钢板的开轧温度及卷取温度相近，但4^#钢板的屈服强度和抗拉强度均比1^#钢板低很多。这主要是由于终轧温度为720℃时，进入了两相区轧制；同时，由于应变诱导作用，发生了铁素体相变，使贝氏体相变强化作用减弱；另一方面，轧制过程中已发生变形的铁素体晶粒在随后的冷却过程中长大，最终得到混晶的铁素体组织，使强度大大降低。

3．2控轧控冷工艺对钢板显微组织的影响

    1^#～4^#试样的显微组织如图2所示。由图2可看出，在相同的开轧及终轧温度下，冷却速度越快，卷取温度越低，组织中贝氏体含量越多，铁素体含量越少。以42℃屈的冷却速度冷至500℃卷取时，可获得全贝氏体组织，且晶粒细小均匀，如图2a所示。晶粒细小的原因主要是高温区未溶的Ti的氮化物钉扎奥氏体晶界，阻碍奥氏体晶粒长大，细化了奥氏体晶粒；开轧温度低，变形主要集中在奥氏体未再结晶区，随变形量的增加，奥氏体晶粒内部产生大量变形带，增加了相变形核的有效面积，使相变后的晶粒细化。钢板在快速冷却时得到贝氏体组织与钢中高的锰含量有关。钢中虽未加入Mo和B等促进贝氏体形成元素，但较高的Mn含量增加了奥氏体的稳定性，使铁素体转变推迟，在一定的冷却速度下阻止奥氏体向铁素体和珠光体转变，故易于得到贝氏体组织。卷取温度在600℃以上时，显微组织以等轴状的铁素体为主。由于终冷温度高于贝氏体形成温度，在随后的空冷过程中主要发生了铁素体转变。当终轧温度过低(约720℃)时，已经进入了两相区轧制，由于形变诱导作用，终轧时铁素体相变已开始，铁素体晶粒在轧制过程中发生变形，在冷却过程中，变形的铁素体晶粒长大，产生混晶组织，如图2b所示，使钢的强度显著下降。

    由扫描电镜显示的1^#试样中贝氏体的形貌(图2e)可看到，贝氏体板条束之间取向不同；由图2f透射电镜照片可看到，贝氏体的形貌更为清晰，贝氏体主要以板条状形式存在，交叉排布的板条相互截断，使板条束长度和宽度受到限制。板条平均宽度小于0．5μrn。板条内部存在大量的缠结位错。位错是由塑性变形和相变引入的。随着变形量的增加，形变位错的密度不断提高；在冷却过程中，贝氏体形成过程中也产生相当数量的相变位错，这些位错又继承了奥氏体在非再结晶区变形时产生的形变位错,因而使贝氏体中位错密度很高。位错密度越高，抵抗塑性变形的能力越大，钢板的强度也越高。

图3 为l^#试样中析出物的TEM照片。由图3可看出，大量细小弥散的第二相粒子沿位错线析出，尺寸在几纳米至十几纳米之间。经成分测定发现这些粒子主要为TiC，这说明Ti的碳化物是在低温奥氏体区或奥氏体相变时生成的。由于应变诱导作用，析出颗粒优先在位错及密集的变形带上形成，这主要是由于位错及变形带等缺陷处的畸变能较高，微合金原子易在位错及变形带等处偏聚，并且溶质原子沿位错线方向的扩散速率比其他方向快，因而析出物优先在这些部位形核长大。轧后的快速冷却，使析出物更加细小，析出强化效果更显著。因为轧后冷却速度增大，温度快速降低，钢中C及Ti的过饱和度也随着增大，第二相沉淀析出的驱动力增大，致使第二相粒子快速、大量析出，因此析出量随冷却速度的增加逐渐增加。此外已析出的细小粒子在随后的冷却过程中也会聚集长大，温度越低，粒子的长大速度越慢，析出粒子更趋向于细小化，小尺寸的粒子更趋于增多，进一步加强了第二相的沉淀强化作用。这些弥散细小的析出物与贝氏体中的位错相互作用，增强了贝氏体组织的强度。

4  结论

    该含Ti低碳钢控轧控冷工艺研究表明：

    (I)在相同的开轧和终轧温度下，屈服强度和抗拉强度主要受冷却速度和卷取温度影响，随冷却速度升高和卷取温度降低，屈服强度和抗拉强度均有所提高。在开轧温度为930"C、终轧温度为790℃、冷却速度为40℃／s左右、卷取温度为500℃时，可得到细化的板条贝氏体，屈服强度可达835MPa，抗拉强度达895MPa。

    (2)因贝氏体板条内存在变形及贝氏体相变过程中产生高密度位错，故提高了贝氏体钢的强度。

    (3)由于快速冷却使Ti的碳化物沿位错线弥散析出，并抑制析出物长大，因而增强了析出强化的效果。

                                                                                                         (东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室)