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摘 要:双相钢主要由铁素体和马氏体组成,在拉伸曲线上没有明显的屈服平台,强屈比大,有利于冲压成形,在现代汽车用制造上应用非常广泛。本文通过对双向钢生产工艺及其对组织性能的影响分析,提出双相钢组织性能控制的思路,并就生产实践情况进行了探讨。
关键词:双相钢 生产工艺 组织性能
中图分类号:TG335.11 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0081-02
Abstract:Dual-phase steel mainly composed of ferrite and martensite,the tensile yield curve is no obvious platform,tensile yield ratio is conducive to metal forming,in the modern automotive manufacturing is widely used. Based on the dual-phase steel production process and its impact on organizational performance analysis,the idea of organizational performance of dual-phase steel and production practices on the situation were discussed.
Key Words:dual-phase steel;producton process;organizational performance;
1 双相钢概述
双相钢是由铁素体和少量(体积分数<20％)马氏体组成的高强度钢,也称马氏体双相钢,其双相组织是将低碳钢或低碳合金钢经过临界区热处理或控轧控冷工艺得到的[1]。这种钢具有无明显屈服平台、屈服点低、初始加工硬化速率高等特点已成为一种强度高成形性好的新型冲压用钢。双相钢的开发对汽车板材向轻量化、高强度发展有着重要意义,目前已经广泛应用于汽车制造业。
2 双相钢生产工艺的选择
双相钢的实际生产工艺主要有两种:热处理法和直接热轧法。相比之下,热轧法生产双相钢工序简单、成本低、节约工时和能源、便于大规模生产,成为生产双相钢的首选方法[2]。目前,传统热轧双相钢的生产方法可分为中温卷取型热轧法和低温卷取型热轧法。
中温卷取型热轧法,即在通常的终轧及卷取温度下获得双相组织。其原理是适当加入Cr、Mo等元素提高奥氏体在常规卷取温度范围内的稳定性,在其连续冷却过程中,由于奥氏体的稳定化而存在一个“窗口”,在“窗口”温度下进行卷取,在室温下获得F+M组织。这种轧制方法的卷取温度为500～600℃。
低温卷取型热轧法,即极低温钢带在Ms点以下进行卷取,以获得双相组织。这种方法利用热连轧后具有较长的输出辊道和轧后强制冷却设备的优势,在热轧阶段采用控轧工艺,轧后在输出辊道上采用快速冷却,将热钢带冷却到马氏体转变点Ms温度以下,并进行卷取。这种轧制方法的卷取温度为100～300℃。
这两种生产工艺的特点:采取中温卷取型热轧法生产双相钢优点是对冷却能力要求不高,可适用于多数热带生产线;缺点是由于钢中要加入Cr,Mo等合金元素,成本较高;采取低温卷取型热轧法时优点是使用合金量少,冶炼成本较低;缺点是Si含量较高,表面氧化铁皮难以去除,另外层流冷却需要较高的冷却速度。
3 生产工艺对热轧双相钢组织性能的影响
3.1 终轧温度的影响
终轧温度对双相钢性能的影响与钢中的合金元素种类及含量有关。对于一个给定成分的合金,有一个最佳的终轧温度范围。在这一温度范围内,热轧双相钢的屈服强度较低,屈强比较低,均匀延伸和总延伸率较高。最佳终轧温度通常与未变形材料的Ar3对应。一般说终轧温度升高,屈服强度提高。
终轧温度的控制有两种方法:一是接近Ar3的温度在γ区结束轧制,可得到细晶粒组织。同时,在热轧过程中,由于形成高密度的位错和其它缺陷,变形位能升高,因而在积累变形和奥氏体细晶化的影响下加速铁素体的析出,为冷却后形成一定的组织状态创造了条件。
两相区轧制时,随着两相区温度的逐渐降低,如果在此时结束轧制,将使析出的铁素体经受轧制变形,在铁素体中形成热加工硬化型的位错组织,使钢的强度升高,塑性降低,甚至出现组织和性能的各向异性,故应根据要求来控制两相区的终轧温度。
3.2 冷却速度的影响
终轧后的冷却速度的选择应该保证得到适量的先共析铁素体,又可避免其它非马氏体组织(如珠光体和上贝氏体)出现,从而在卷取后得到双相组织。如果冷却速度太快,则析出的铁素体量不足,双相钢的屈服强度较高,而延性不足。如冷却速度太慢,则会出现过多的非马氏体组织和铁素体组织。因此,对不同的钢种,应选择不同的冷却速度。一般合金元素含量较高的钢(含Mn、Si、Cr、Mo等),终轧后空冷或风冷既可保证析出适量的铁素体又可避免非马氏体转变产物的出现。但对合金元素含量较少的C-Mn或C-Mn-Si系列钢,由于其奥氏体的稳定性较差,必须采用较快的冷却速度才可以避免珠光体等非马氏体转变产物的出现。
3.3 卷取温度的影响
卷取温度主要影响残余奥氏体的等温转变,从而对双相钢组织性能有重要影响。当成分确定时,卷取温度过高,残余奥氏体容易发生珠光体转变;卷取温度过低,则容易进入贝氏体转变区而发生贝氏体等温转变,两种情况下都会导致抗拉强度降低而屈强比升高,尤其是在卷取温度过高的情况下。
4 热轧双相钢的生产实践情况
某热带厂试制HR330/580DP钢,所有钢坯都采步进式加热炉加热,粗轧机R1轧制3道次,粗轧机R2轧制5道次,轧制时前6道次开除磷水,粗轧后保温罩全程投入使用,精轧机连轧7道次,层流冷却采取两段式控制,卷取后自然空冷。(如表1)
层流冷却主要参数为精轧出口速度、终轧温度、层流冷却中间温度、卷取温度、前/后段冷却水所开组数、冷却速度、空冷时间等。
为了得到铁素体+马氏体的双相组织,层流冷却的主要控制参数为层流冷却中间温度、卷取温度和前后两阶段冷却速率,需要对层冷模型中两阶段冷却速率进行人工设定。
卷取温度的测量结果如图1所示
HR330/580DP钢热轧后力学性能如表 2所示,性能满足要求。整体屈强比控制较好。
钢卷轧制结束后,钢卷表面沿着轧制方向通卷都有红锈
5 结语
热轧双相钢由于工序相对简单,通过生产的控轧控冷可以获得比例合适的铁素体、马氏体双相组织,获得所要求的性能。根据生产实践需要在今后的工作中继续探讨解决如下问题:低温卷取型双相钢对于层流冷却的控制要求较高,需要对冷却模型进行二次开发,实现冷却的工艺要求。低温卷取型双相钢在实际卷取过程中由于卷取温度控制在300℃以下,导致常规测温仪无法实现精确控制,需要配备低温测温仪。由于C-Si-Mn系双相钢中Si的含量较高,轧制后钢卷表面红锈明显,对后续的加工制造带来影响。
参考文献
[1] 党淑娥．双相钢的研究现状及应用前景明．山西机械,2002,(4):14-15．
[2] 董毅等.终轧温度对热轧细晶双相钢组织与性能的影响.金属热处理,2001,(5):1-5.
[3] 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会,2009,79-80.
关键词:双相钢 生产工艺 组织性能
中图分类号:TG335.11 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0081-02
Abstract:Dual-phase steel mainly composed of ferrite and martensite,the tensile yield curve is no obvious platform,tensile yield ratio is conducive to metal forming,in the modern automotive manufacturing is widely used. Based on the dual-phase steel production process and its impact on organizational performance analysis,the idea of organizational performance of dual-phase steel and production practices on the situation were discussed.
Key Words:dual-phase steel;producton process;organizational performance;
1 双相钢概述
双相钢是由铁素体和少量(体积分数<20％)马氏体组成的高强度钢,也称马氏体双相钢,其双相组织是将低碳钢或低碳合金钢经过临界区热处理或控轧控冷工艺得到的[1]。这种钢具有无明显屈服平台、屈服点低、初始加工硬化速率高等特点已成为一种强度高成形性好的新型冲压用钢。双相钢的开发对汽车板材向轻量化、高强度发展有着重要意义,目前已经广泛应用于汽车制造业。
2 双相钢生产工艺的选择
双相钢的实际生产工艺主要有两种:热处理法和直接热轧法。相比之下,热轧法生产双相钢工序简单、成本低、节约工时和能源、便于大规模生产,成为生产双相钢的首选方法[2]。目前,传统热轧双相钢的生产方法可分为中温卷取型热轧法和低温卷取型热轧法。
中温卷取型热轧法,即在通常的终轧及卷取温度下获得双相组织。其原理是适当加入Cr、Mo等元素提高奥氏体在常规卷取温度范围内的稳定性,在其连续冷却过程中,由于奥氏体的稳定化而存在一个“窗口”,在“窗口”温度下进行卷取,在室温下获得F+M组织。这种轧制方法的卷取温度为500～600℃。
低温卷取型热轧法,即极低温钢带在Ms点以下进行卷取,以获得双相组织。这种方法利用热连轧后具有较长的输出辊道和轧后强制冷却设备的优势,在热轧阶段采用控轧工艺,轧后在输出辊道上采用快速冷却,将热钢带冷却到马氏体转变点Ms温度以下,并进行卷取。这种轧制方法的卷取温度为100～300℃。
这两种生产工艺的特点:采取中温卷取型热轧法生产双相钢优点是对冷却能力要求不高,可适用于多数热带生产线;缺点是由于钢中要加入Cr,Mo等合金元素,成本较高;采取低温卷取型热轧法时优点是使用合金量少,冶炼成本较低;缺点是Si含量较高,表面氧化铁皮难以去除,另外层流冷却需要较高的冷却速度。
3 生产工艺对热轧双相钢组织性能的影响
3.1 终轧温度的影响
终轧温度对双相钢性能的影响与钢中的合金元素种类及含量有关。对于一个给定成分的合金,有一个最佳的终轧温度范围。在这一温度范围内,热轧双相钢的屈服强度较低,屈强比较低,均匀延伸和总延伸率较高。最佳终轧温度通常与未变形材料的Ar3对应。一般说终轧温度升高,屈服强度提高。
终轧温度的控制有两种方法:一是接近Ar3的温度在γ区结束轧制,可得到细晶粒组织。同时,在热轧过程中,由于形成高密度的位错和其它缺陷,变形位能升高,因而在积累变形和奥氏体细晶化的影响下加速铁素体的析出,为冷却后形成一定的组织状态创造了条件。
两相区轧制时,随着两相区温度的逐渐降低,如果在此时结束轧制,将使析出的铁素体经受轧制变形,在铁素体中形成热加工硬化型的位错组织,使钢的强度升高,塑性降低,甚至出现组织和性能的各向异性,故应根据要求来控制两相区的终轧温度。
3.2 冷却速度的影响
终轧后的冷却速度的选择应该保证得到适量的先共析铁素体,又可避免其它非马氏体组织(如珠光体和上贝氏体)出现,从而在卷取后得到双相组织。如果冷却速度太快,则析出的铁素体量不足,双相钢的屈服强度较高,而延性不足。如冷却速度太慢,则会出现过多的非马氏体组织和铁素体组织。因此,对不同的钢种,应选择不同的冷却速度。一般合金元素含量较高的钢(含Mn、Si、Cr、Mo等),终轧后空冷或风冷既可保证析出适量的铁素体又可避免非马氏体转变产物的出现。但对合金元素含量较少的C-Mn或C-Mn-Si系列钢,由于其奥氏体的稳定性较差,必须采用较快的冷却速度才可以避免珠光体等非马氏体转变产物的出现。
3.3 卷取温度的影响
卷取温度主要影响残余奥氏体的等温转变,从而对双相钢组织性能有重要影响。当成分确定时,卷取温度过高,残余奥氏体容易发生珠光体转变;卷取温度过低,则容易进入贝氏体转变区而发生贝氏体等温转变,两种情况下都会导致抗拉强度降低而屈强比升高,尤其是在卷取温度过高的情况下。
4 热轧双相钢的生产实践情况
某热带厂试制HR330/580DP钢,所有钢坯都采步进式加热炉加热,粗轧机R1轧制3道次,粗轧机R2轧制5道次,轧制时前6道次开除磷水,粗轧后保温罩全程投入使用,精轧机连轧7道次,层流冷却采取两段式控制,卷取后自然空冷。(如表1)
层流冷却主要参数为精轧出口速度、终轧温度、层流冷却中间温度、卷取温度、前/后段冷却水所开组数、冷却速度、空冷时间等。
为了得到铁素体+马氏体的双相组织,层流冷却的主要控制参数为层流冷却中间温度、卷取温度和前后两阶段冷却速率,需要对层冷模型中两阶段冷却速率进行人工设定。
卷取温度的测量结果如图1所示
HR330/580DP钢热轧后力学性能如表 2所示,性能满足要求。整体屈强比控制较好。
钢卷轧制结束后,钢卷表面沿着轧制方向通卷都有红锈
5 结语
热轧双相钢由于工序相对简单,通过生产的控轧控冷可以获得比例合适的铁素体、马氏体双相组织,获得所要求的性能。根据生产实践需要在今后的工作中继续探讨解决如下问题:低温卷取型双相钢对于层流冷却的控制要求较高,需要对冷却模型进行二次开发,实现冷却的工艺要求。低温卷取型双相钢在实际卷取过程中由于卷取温度控制在300℃以下,导致常规测温仪无法实现精确控制,需要配备低温测温仪。由于C-Si-Mn系双相钢中Si的含量较高,轧制后钢卷表面红锈明显,对后续的加工制造带来影响。
参考文献
[1] 党淑娥．双相钢的研究现状及应用前景明．山西机械,2002,(4):14-15．
[2] 董毅等.终轧温度对热轧细晶双相钢组织与性能的影响.金属热处理,2001,(5):1-5.
[3] 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会,2009,79-80.