摘要：采用空冷+水冷的冷却方式，研究了终轧温度、层流冷却开始温度、卷取温度等对含Nb低Si—Mn热轧双相钢组织性能的影响，结果表明，通过合理的工艺控制可得到在细小的铁素体基体上均匀分布马氏体的组织及抗拉强度为550～600MPa的热轧双相钢。

关键词：热轧双相钢；显微组织；控制冷却

1前言

    自20世纪90年代后期以来，应用高强钢减重，降低汽车能耗成为发展趋势。现代汽车用钢按性能分为：深冲钢、烘烤硬化钢、低合金高强钢、高强钢、超高强钢等；按组织结构和成分分为：含磷钢、含铜钢、无间隙原子钢、双相钢、TRIP钢、马氏体钢等；高强钢和超高强钢是低合金钢、双相钢、TRIP钢、TWIP钢和马氏体钢。

    双相钢是由低碳钢和低碳合金钢经临界区处理或控制轧制得到的，其主要由铁素体和马氏体组成。它以高加工硬化率、低屈强比和连续屈服满足了汽车各部件的应用条件，尤其是其具有的高强度可使汽车重量降低，进而节约燃料。目前热轧双相钢主要用来冲制轿车车体的纵横梁、保险杠、车门内外板、车体后盖板、车顶面板、车体各种框架、轮辋、轮辐、控制臂及各种安全零件。

    热轧双相钢分为Cr—Mo系和Si—Mn系，其中Si—Mn系抗拉强度可达到580MPa，合金含量较少，工艺参数不易控制；而Cr—Mo系抗拉强度可达到620MPa，但由于合金含量较多，成本提高，而且在热轧双相钢中较高的硅含量会出现红色氧化铁皮，影响表面质量。Nb的加入细化了晶粒从而提高了强度，而且不需要在形成铁素体的温度范围内采取较长的保温步骤，工艺参数更易控制。因此，在降低硅含量的基础上，通过热轧试验，采用了现场易于实现的空冷+水冷冷却模式，研究了含Nb低Si—Mn热轧双相钢的工艺参数与组织性能之间的关系，为制定合理的生产工艺提供了依据。

2试验材料及方法

    试验用坯尺寸为64mm×110mm×110mm，其化学成分为：0．08％C，1．02％Mn，0．22％Si，0．02％Nb，0．013％Ti，0．003％S，0．034％Al,0．014％P。

    坯料用箱式电阻炉加热，加热温度为1200℃，保温2h；热轧试验在Φ450mm二辊轧机上进行，共轧制11道次，终轧温度为。790～850℃，压下量为66—50一40—32—26—20一15一11—8—6—4—3mm。轧后采用空冷(冷却速度5℃/s)+水冷(冷却速度70℃/s以上)。

    沿轧制方向取样，进行金相组织观察及拉伸试验。

3试验结果及讨论

3．1终轧温度对组织性能的影响

    由图1可看出，随着终轧温度由790℃升至850℃，屈服强度由430MPa降至350MPa，同时抗拉强度下降70MPa，屈强比也下降，在高于8 00℃时基本保持在0．65以下；而伸长率升至28％，并在此区间内保持在22％以上。

    图2示出不同终轧温度下的显微组织。在850℃较高终轧温度下，没有出现拉长的铁索体晶粒；而在790℃较低终轧温度下，在奥氏体未再结晶区轧后拉长的奥氏体转变为沿轧制方向拉长的铁素体，塑性变坏，并出现混晶组织；随着铁素体加工回复性组织的形成，屈服强度提高，塑性降低。最佳的终轧温度伴随细化的均匀的铁素体晶粒组织，由于局部应力集中减少，造成塑性裂纹的空位减少，因此伸长率提高，但对屈服强度的影响较小。所以这种含微量Nb的双相钢的终轧温度不宜过低。在空冷+水冷的冷却方式中，终轧温度应在820℃左右。

3．2层流冷却开始温度对综合性能的影响

    层流冷却开始温度决定了铁素体和马氏体的形态及相对比例，其温度越低，轧后的空隙时间越长，固溶的C、N扩散至未相变的奥氏体，使奥氏体更加稳定，贝氏体相变被抑制。当冷却温度至M_s点以下，马氏体的生成量增多，进而影响轧件的性能。由图3可见，随层流冷却开始温度的降低，抗拉强度升高，伸长率降低；当温度为730℃时，伸长率最高，这与铁素体与马氏体之间的比例及马氏体的形态有关。

    图4为层流冷却开始温度为690℃时的应力一应变曲线和金相组织。双相钢的连续屈服可能与其组织中含有较高的可动位错，即在低应力下可激活的位错源，马氏体与铁素体的弹性模量基本相同，高的应变速率敏感性及较高的内应力等因素有关。

3．3卷取温度对组织性能的影响

  卷取温度对热轧双相钢的显微组织有重要影响。合理的卷取温度既要避免铁素体时效，又要保证得到清洁的铁素体和一定体积分数的M_A相。由图5可见，随卷取温度的降低，屈服强度和抗拉强度升高，伸长率降低，屈强比随卷取温度的降低而升高，这与文献中卷取温度对热轧双相钢的影响趋势基本一致。卷取温度在250℃以上时，随其值的升高，抗拉强度降低，伸长率提高，这与马氏体的回火和铁素体的时效有关。由此可得，最佳卷取温度应在250℃以下。

4结论

    (1)通过空冷+水冷的冷却方式，可以得到强度级别为550～600MPa的双相钢，其总伸长率在22％以上。

    (2)终轧温度在820℃左右时含Nb低Si一Mn双相钢具有最佳的综合性能、最低的屈强比。

    (3)层流冷却开始温度在730℃时可得到较好的铁素体与马氏体体积比，综合性能较好。

    (4)卷取温度在250℃以下时该钢种有较好的伸长率、较低的屈强比，但过低的卷取温度也会使屈强比升高。

  1．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室；

                                                                                                    2．河北理工大学冶金工程与能源学院；

                                                                          3．唐山国丰钢铁有限公司