连续退火工艺对Si、Mn系冷轧双相钢组织性能的影响
连续退火工艺对Si、Mn系冷轧双相钢组织性能的影响
Effects on Microstructure and Property of Cold Rolled Si and Mn Dual Phase Steel by Continuous Annealing Process
供稿|高洪刚 / GAO Hong-gang
DOI: 10.3969/j.issn.1000–6826.2019.02.013
现代汽车工业发展的主题是环保、节能、安全。汽车轻量化是解决环保、节能所采取的主要技术路线。采用高强、超高强钢是汽车轻量化同时保证甚至提高安全性的有效措施。冷轧双相钢因其具有低屈强比、加工硬化能力强、易冲压成形、良好的强度和延性匹配等诸多优点，已被国内外汽车厂广泛采用，称为现代汽车用钢的主要材料[1-2]。超轻钢车体项目研究表明，双相钢在未来汽车车身上的用量将达到80%，具有良好的市场应用前景[3]。
冷轧双相钢普遍采用在先进的连续退火机组生产，其工艺包括加热、保温、缓冷、快速冷却、过时效处理。连续退火各段的工艺参数对双相钢最终成品组织性能的影响至关重要，因此，笔者结合工业生产实际研究了退火工艺对双相钢成品组织性能的影响，从而优化冷轧双相钢实际退火工艺，同时为同行业工业化生产提供借鉴。
实验材料与实验方法
实验材料
实验材料为国内某钢厂600 MPa级别冷轧双相钢，成品厚度为1.2 mm，成分设计采用Si+Mn系列，见表1。
作者单位：本钢板材股份有限公司技术研究院，辽宁本溪 117000
工艺与装备
Apparatus and Equipments
连续退火
表1
实验用钢化学成分
退火工艺
在国内某连退机组进行实验钢工业试验，根据Thermocalc 软件计算做出CCT 曲线，见图1，根据理论研究并结合设备能力，分别进行770、800、830℃退火，720℃缓冷温度，小于280℃快冷温度， 100 m/min 的带速，研究不同退火温度对成品组织性能的影响；退火温度为780℃，缓冷温度为730、700、670℃，小于280℃快冷温度，100 m/min 的带速，研究不同缓冷温度对成品组织性能的影响；退火温度为780℃，缓冷温度为720℃，小于280℃快冷温度，15、20、25、
30℃/s 的快冷冷速，研究不同快冷冷速对成品组织性能的影响。
图1 实验钢CCT 曲线
淬透性等因素来决定钢的组织性能，温度升高奥氏体量增加，但奥氏体中合金含量会降低，淬透性会适当降低。退火温度对成品性能的影响见图2(a)，随退火温度升高抗拉强度增高、屈服强度下降，但830℃退火时成品强度达到685 MPa ，从该钢种强度级别看偏高。延伸率随温度升高先升高后下降，830℃退火时23.5%，但延伸率均高于相关标准要求。综合组织性能结果，针对600 MPa 级双相钢性能要求退火温度780~800℃时的组织性能较理想。图3为不同退火温度的组织照片，成品组织均为铁素体
组织及性能检测
按照GB/T228中P14试样要求加工成拉伸试样，在Zwick/Roell Z600电子拉伸机上进行性能检测。金相组织检验，在实验钢成品板宽度1/4处取样，进行样品打磨、抛光，用Lepera 试剂腐蚀，利用光学显微镜观察组织，用硝酸酒精腐蚀后在JSM5600LV 型扫描电镜下进一步观察分析。
实验结果与讨论
退火温度对组织性能的影响
退火温度通过影响奥氏体晶粒数量、形态及其
图2 退火工艺对成品性能的影响
连续退火
Metal World
图3 不同退火温度显微组织
图4
不同缓冷温度显微组织
(F)+马氏体(M)，但随着退火温度升高马氏体比率增加，820℃时马氏体含量约为15%；780℃与800℃马氏体比率基本相当，约为12%，但800℃比780℃时马氏体岛略大。综合看，实验钢在不同退火温度的双相钢特性明显，温度升高奥氏体含量增加，虽然奥氏体淬透性略有降低，但在25℃/s 快冷冷速条件下均完成了马氏体转变，温度高马氏体含量高使抗拉强度显著提高，当马氏体量较高时，延伸率会降低[4]。
缓冷温度对组织性能的影响
在连续退火机组工业生产中，为了保证机组的稳定运行，带钢在保温后要缓慢冷却至一定的温度后再快冷，缓冷过程对双相钢最终的成品组织性能有重要影响，主要有调节快冷前奥氏体含量、提高奥氏体淬透性以及纯净铁素体基体三方面作用[5]。图2(b)为缓冷温度对成品性能的影响，三种缓冷温度性能均满足600 MPa 级标准性能要求，且延伸率均较好，但730℃缓冷时抗拉强度为711 MPa ，从该级别钢种看太高不合适。成品组织照片见图4，在730℃与700℃缓冷的组织均为铁素体(F)+
马氏体
(M)，马氏体含量分别约为15%与11%；660℃组织为除铁素体和马氏体外，还有少量的贝氏体。总而言之，缓冷温度高快冷前奥氏体含量越高，在相应的快冷冷速下得到的马氏体量越多，强度越高，660℃缓冷时未转变奥氏体量少，虽然淬透性提高，但快冷冷速较低，所以出现部分贝氏体，成品强度 最低[6]。
快冷冷速对组织性能的影响
快冷段冷却速率是影响马氏体含量的关键因素。分别选取冷速为15、20、25、30℃/s 成品进行组织性能检验分析，金相组织见图5。不同冷速的退火组织仍是铁素体(F)+马氏体(M)，但随着冷速的提高马氏体含量增加，冷速为20、15℃/s 时出现了少量的贝氏体(B)，冷速对铁素体与马氏体的相比率的影响见图6。成品性能见图2(c)。从冷速对性能的影响看，抗拉强度随冷速上升而提高，屈服强度随冷速提高先降低再升高，延伸率随冷速提高先升高再下降。总体看在冷速15~30℃/s 范围产品性能均满足 600 MPa 级性能要求，且延伸率较高。综合组织性能
工艺与装备
Apparatus and Equipments
连续退火
图6 快冷冷速对组织的影响
图5 快冷冷速对成品组织的影响
结果，25℃/s 冷速最佳。
结束语
(1) 退火温度对实验钢性能影响较大，随温度升高强度增加，但830℃退火时成品抗拉强度达到 685 MPa ，强度偏高。在770~830℃退火温度范围内组织均为F+M ，M 含量随温度升高而增加，
(2) 660~730℃缓冷温度范围内性能均满足 600 MPa 级标准性能要求，730℃缓冷时抗拉强度为
711 MPa ，强度偏高。随着缓冷温度升高强度增加，组织主要为F+M ，在660℃出现贝氏体，
(3) 冷速15~30℃/s 范围内随冷速增加强度呈上升趋势，马氏体含量呈上升趋势，产品性能均满足 600 MPa 级性能要求，实验钢对冷速工艺窗口较宽，综合组织性能结果，25℃/s 冷速最佳。
参考文献
[1] Hodgson P D ，Zahiri S H ，Whale J J. The static and metady-namic
recrystallization behavior of an X60 Nb micro-alloyed steel. ISIJ International ，2004，44(7)：1224
[2] 王利，杨雄飞，陆匠心. 汽车轻量化用高强度钢板的发展. 钢铁，
2006，41(9)：1
[3] 唐荻，米振莉，陈雨来. 国外新型汽车用钢的技术要求及研究开
发现状. 钢铁，2005，40( 6) ：1
[4] 马鸣图，吴宝榕. 双相钢——物理和力学冶金. 北京：冶金工业出
版社，2009
[5] 宇文龙，李声慈，杨乐，等. 连续退火工艺对冷轧双相钢组织与
性能的影响. 金属热处理，2015，40(1) ：791
[6] 康永林. 现代汽车板工艺及成形理论与技术. 北京：冶金工业出版
社，2009
作者简介：高洪刚(1980—)，男，高级工程师，E-mail ：yiming186@https://www.wendangku.net/doc/0f15973781.html,.