在傳統熱連軋的雙相鋼中通常需要添加較多的貴重合金元素，因此生產(chǎn)成本高。采用超快冷卻工藝試制了Si-Mn-Cr系低成本雙相鋼。通過(guò)熱模擬試驗繪制了CCT曲線(xiàn)，軋制了一種不含Mo元素的低成本雙相鋼，分析了軋后組織和性能。結果表明，鋼的抗拉強度為611MPa，屈服強度為352MPa，伸長(cháng)率為30%，擴孔率為65%。采用軋后超快冷技術(shù)能成功生產(chǎn)出低成本高性能雙相鋼。

隨著(zhù)汽車(chē)輕量化的要求，高強度鋼的應用越來(lái)越廣泛。高強度鋼結構件既要保證高的強度，還要具有良好的成形性。對于復雜的零件，一般高強鋼達不到要求。而雙相鋼在保證了高強度的同時(shí)，又具有良好的成形性能，因此在汽車(chē)零件中得到越來(lái)越多的應用。雙相鋼通常是指由低碳鋼或低合金高強度鋼，經(jīng)臨界退火或控制軋制而得到的鋼，微觀(guān)組織主要由鐵素體和馬氏體兩相組成，一般含80%～95%的鐵素體，以及呈島狀分布的5%~20%的馬氏體回。雙相鋼的強度大致和組織中的馬氏體含量成正比。雙相鋼具有強度高、成形性能好、碰撞時(shí)能量吸收大等特點(diǎn)。因此，具有良好的成形性能，適合制作汽車(chē)結構件。

傳統熱連軋生產(chǎn)的雙相鋼，通常為Cr-Mo系鋼。Cr和Mo可以推遲珠光體轉變，增加奧氏體的淬透性。利用合金元素對其相變特性的影響，在較低的冷卻速度和較高的卷取溫度條件下獲得雙相組織0，但因添加了較高的貴重合金，生產(chǎn)成本高，嚴重影響產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。為了減少貴重合金元素的添加量，降低生產(chǎn)成本，需要增加軋后的冷卻能力。近年來(lái)，超快冷卻技術(shù)得到快速發(fā)展，該技術(shù)可以使帶鋼軋后冷卻速度得到巨大提升。通過(guò)軋后超快冷卻，可以在不添加或者少添加合金元素的條件下獲得雙相組織，為降低雙相鋼的生產(chǎn)成本，優(yōu)化鋼的綜合性能提供了技術(shù)支撐。

目前抗拉強度540~600MPa的熱軋雙相鋼己用于輪輻和輪輞的制作，但大多添加貴重合金元素，生產(chǎn)成本高。為了提高產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力，增加企業(yè)經(jīng)濟效益，某企業(yè)在2250mm熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)裝備了超快冷設備。本文研究了超快冷卻下熱軋600MPa級低成本Si-Mn-Cr系雙相鋼的組織和性能，為超快冷卻下熱軋雙相鋼的生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供指導。

1低成本熱軋雙相鋼成分和工藝設計原則

1.1成分設計

碳元素的添加量影響馬氏體的含量和鋼的強度，在相同的冷卻工藝下，C含量偏高會(huì )導致最終馬氏體含量偏高，影響鋼的強度及加工性能，一般將C含量控制在0.1wt%以?xún)?。硅元素提高鐵素體的形成溫度，增加雙相鋼中鐵素體含量。另外Si抑制碳化物的析出，有利于保持雙相鋼強度、延伸性等性能的穩定，一般將Si含量控制在0.25wt%以?xún)?。錳是典型的奧氏體穩定化元素，顯著(zhù)提高鋼的淬透性，并起到固溶強化和細化鐵素體晶粒的作用，同時(shí)可顯著(zhù)推遲珠光體轉變以及貝氏體轉變，一般將Mn含量控制在1.5wt%以?xún)?。鉻是中強碳化物形成元素，顯著(zhù)提高鋼的淬透性，不僅能強烈推遲珠光體轉變和貝氏體轉變，而且促使C向奧氏體擴散，降低鐵素體的屈服強度，有利于獲得低屈強比的雙相鋼，一般將Cr含量控制在0.8wt%以?xún)?。鉬增加奧氏體的淬透性，推遲珠光體轉變，有利于獲得雙相組織。Mo還可以降低屈服強度，提高抗拉強度，同時(shí)保持延伸基本不變。為了降低成本，本文設計的雙相鋼不含Mo元素，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1.2工藝設計

在成分一定的情況下，熱軋雙相鋼的最終組織性能受加熱工藝、軋制工藝的影響，特別是受軋后冷卻工藝的影響，因此，本研究側重于軋后快冷工藝。冷卻工藝主要包括終軋溫度、冷卻速度和卷取溫度。

（1）終軋溫度。一般情況下，終軋溫度應處于奧氏體區內，終軋溫度升高，在相同的卷取溫度下，需要較大的冷卻速度，熱軋雙相鋼的屈服強度將會(huì )升高?？紤]到雙相鋼的成形性能要求，終軋溫度應靠近奧氏體區下限。

（2）冷卻速度。軋后前段冷卻速度應保證鋼中獲得足夠的鐵素體，以保證鋼的成形性能。后段冷卻應保證有適當量的馬氏體形成，從而提高鋼的強度。

（3）卷取溫度。根據鋼中合金元素含量不同，熱軋雙相鋼的卷取溫度的選擇有兩種類(lèi)型。一類(lèi)是對于合金元素含量較高的鋼，卷取溫度選擇在鐵素體和貝氏體轉變溫度之間，在這一溫度范圍內，卷取溫度變化對熱軋雙相鋼的最終性能基本沒(méi)有影響。

另一類(lèi)是對合金元素含量較低的C-Si-Mn系雙相鋼，其卷取溫度選在馬氏體轉變點(diǎn)以下，卷取溫度的變化，對這類(lèi)熱軋雙相鋼的性能有一定的影響。本研究試制的雙相鋼為C-Si-Mn系雙相鋼，因此卷取溫度應該低于馬氏體開(kāi)始轉變溫度。

2工業(yè)試驗

2.1CCT曲線(xiàn)

CCT曲線(xiàn)是制定合理冷卻工藝的重要參考，因此，需要得到試驗鋼種的CCT曲線(xiàn)。在Gleeble1500試驗機上進(jìn)行熱模擬試驗。熱模擬試樣為8mm×

15mm的圓柱體，將試樣以10℃/s加熱到1200℃，保溫10min，然后以5℃/s的冷速冷卻到1050℃進(jìn)行壓縮變形，變形量為50%，變形速率為5s1，接著(zhù)以5℃/s的冷速冷卻到850℃再次進(jìn)行壓縮變形，變形量為20%，變形速率為5s1，最后以不同的冷卻速度（0.5、1、2、5、10、20、40℃/s）冷卻至室溫，記錄冷卻過(guò)程中的膨脹量-溫度曲線(xiàn)。將熱模擬后的試樣拋光和腐蝕，并用Zeiss顯微鏡觀(guān)察金相組織。根據熱模擬膨脹曲線(xiàn)及試驗后試樣的金相組織，繪制CCT曲線(xiàn)。

2.2軋制試驗

在某熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)2250機組上進(jìn)行軋制試驗。加熱溫度為1300℃，經(jīng)過(guò)多道次粗軋和7道次精軋，將厚度為230mm板坯軋成4mm厚的帶鋼。粗軋出口溫度為1100℃，精軋出口溫度為810℃。根據生產(chǎn)經(jīng)驗和CCT曲線(xiàn)制定試驗冷卻工藝（圖1）。板坯出精軋機組后，先以80℃/s快速水冷到690℃，在以5℃/s空冷到640℃，最后以40℃/s冷卻到200℃進(jìn)行卷取。軋制后在帶鋼頭部、中部和尾部分別取樣。用Nova400掃描電鏡觀(guān)察鋼的組織。用JEM-2100F透射電鏡觀(guān)察精細結構和析出物形貌，并檢測析出物成分。另外，分別檢測帶鋼不同位置的拉伸力學(xué)性能、沖擊性能和擴孔成形性能。

3結果和討論

3.1CCT曲線(xiàn)

圖2為熱模擬試驗不同速度冷卻后試樣的金相組織?？梢钥闯?，冷速小于10℃/s時(shí)，組織主要為鐵素體（F）+珠光體（P）。隨著(zhù)冷速的增加，貝氏體（B）開(kāi)始出現。當冷速增加到40℃/s時(shí)，馬氏體（M）含量明顯增加，且仍有鐵素體存在。根據熱模擬試驗結果和金相組織，繪制試驗鋼種的CCT曲線(xiàn)，結果見(jiàn)圖3。由CCT曲線(xiàn)可以看出，該鋼種鐵素體相變區間較大，為了得到雙相組織，需要較強的軋后冷卻能力。

3.2工業(yè)試驗

3.2.1顯微組織和析出物

圖4為帶鋼頭、中、尾部顯微組織照片。組織由鐵素體和馬氏體雙相組成，其中暗色區域為鐵素體，亮色區域為馬氏體，表明即使不添加貴重合金元素Mo，也可以通過(guò)超快冷技術(shù)生產(chǎn)雙相鋼。用imageProPlus軟件定量統計組織中鐵素體和馬氏體的含量，并測量鐵素體晶粒度結果見(jiàn)表2?？梢钥闯?，馬氏體含量介于8%~15%，從帶鋼頭部到尾部，馬氏體含量依次增加。這是因為軋件尾部溫度相對頭部較低，在軋后緩冷段鐵素體析出量較少，使馬氏體含量增加。此外，比較頭、中、尾部的晶粒度級，可以看出，不同部位晶粒度差別不是很大，表明整個(gè)控軋控冷過(guò)程比較穩定。

圖5為馬氏體TEM組織和析出物能譜?？梢钥闯?，馬氏體中有析出物，呈現回火特征，這是軋件卷曲后較長(cháng)時(shí)間保溫的結果。對析出物進(jìn)行能譜分析（圖5（c）），表明析出物主要為滲碳體。

3.2.2力學(xué)性能

對軋后帶鋼進(jìn)行多次拉伸性能和擴孔性能檢測，結果見(jiàn)圖6和表3。圖6為性能統計圖，表3給出了性能平均值。帶鋼屈服強度介于330~380MPa，均值為352MPa，抗拉強度介于580~645MPa，均值為611MPa，伸長(cháng)率和擴孔率較高，均值分別達到30%和65%?？梢钥闯?，試軋產(chǎn)品具有高強度、低屈強比、高伸長(cháng)率、高擴孔率等綜合性能，產(chǎn)品性能良好。

此外，按照GB229-2007標準對帶鋼頭、中、尾部試樣（尺寸4mm×l0mm×55mm）進(jìn)行不同溫度不同方向的沖擊試驗，結果見(jiàn)圖7?？梢钥闯?，不同溫度下，帶鋼沖擊功變化不大，即使在較低的溫度下（-60℃），沖擊功也沒(méi)有明顯降低，表明帶鋼具有良好的低溫沖擊韌性，充分保證了它的低溫服役條件。另外，相同沖擊方向和沖擊溫度下，帶鋼不同部位沖擊性能波動(dòng)較小，表明生產(chǎn)工藝控制穩定。

熱軋雙相鋼的生產(chǎn)難點(diǎn)之一為如何穩定地生產(chǎn)含一定量鐵素體和馬氏體的雙相組織。軋后冷卻工藝必須保證先獲得一部分鐵素體，再以大冷速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)（M.）下獲得馬氏體。傳統生產(chǎn)線(xiàn)冷卻能力有限，如果不添加Mo等合金元素，很難穩定地控制兩相的比例。研究表明，Mo等合金元素提高鋼的淬透性，有利于獲得馬氏體四.1]。因此，傳統雙相鋼中大多添加了較多的Mo元素來(lái)穩定奧氏體，使部分奧氏體可以保留至M.以下，并轉變?yōu)轳R氏體。但Mo元素的添加大大增加了生產(chǎn)成本，不利于提高產(chǎn)品競爭力。本研究在不添加Mo等貴重合金元素的條件下，利用超快冷卻技術(shù)生產(chǎn)出低成本雙相鋼，且鋼的強度高、成形性好，大大提高了產(chǎn)品的競爭力。

4結論

采用超快冷卻技術(shù)研究了一種600MPa級Si-Mn-Cr系雙相鋼。通過(guò)熱模擬試驗繪制了CCT曲線(xiàn)，工業(yè)試制了低成本雙相鋼，進(jìn)行了組織分析、性能檢驗等試驗。結果表明，在不添加Mo的情況下，成功得到鐵素體和馬氏體雙相組織，鋼的性能為抗拉強度611MPa、屈服強度352MPa、伸長(cháng)率約30%、擴孔率約65%。