退火工藝對C-Si-Mn-Cr系800MPa級雙相鋼組織與性能的影響

崔磊 董標 肖洋洋 馬二清 彭夢都

【摘 要】利用Multipas連續退火模擬實驗機模擬冷軋雙相鋼生產過程，采用掃描電鏡（SEM）觀察雙相鋼組織及微觀結構，并用力學拉伸試驗機對力學性能進行測定，研究了連續退火工藝中退火溫度、保溫時間對雙相鋼組織性能的影響。

【關鍵詞】退火;工藝;冷軋;雙相鋼

中圖分類號： TG335.12文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）08-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.009

【Abstract】Using Multipas continuous annealing simulation machine to simulate the production process of cold-rolled double phase steel， the microstructure and microstructure of double phase steel were observed by scanning electron microscope（SEM）， and mechanical properties were measured by mechanical tensile testing machine. The effects of annealing temperature and insulation time on the microstructure properties of double phase steel in continuous annealing process were studied.

【Key words】Annealing;Process;Cold rolling;Double phase steel

0 前言

隨著中國經濟的快速發展，汽車已經進入人們的日常生活，尤其是近幾年中國汽車每年的銷售量日益增加，據中汽協統計，2018年中國汽車總銷量為2808.06萬輛。目前汽車行業對節能、環保、安全方面的要求越來越高，《節能與新能源汽車產業發展規范》提出，到2020年生產的乘用車平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，這就要求汽車向著低油耗、少排放、節約能源方向發展[1-2]。實現上述節能、環保的目標，輕量化是有效且十分重要的手段之一。另一方面，為保證駕乘者安全，需要提高汽車車身結構的強度和抗撞擊能力，這對汽車輕量化提出新的挑戰。由于雙相鋼具有高強度和良好的韌塑性等十分優良的性能，可以滿足社會發展對于汽車輕量化以及較高的安全性和環保性的要求，其在汽車車身上的應用越來越廣泛，主要應用在汽車車身上的結構件、加強件和防撞件等[3]，其中抗拉強度800 MPa以上的雙相鋼約占汽車車身重量的29%～30%[4-6]。

1 實驗材料與方法

本研究中的試驗材料為厚度1.4mm的C-Si-Mn-Cr系800MPa級雙相鋼冷軋板料，其熱軋工序加熱溫度1200～1300℃、終軋溫度800～900℃、卷取溫度550～650℃，冷軋工序壓下率為56%，主要化學成分如表1所示。

冷軋板料剪切成450mm×250mm的連退模擬試樣，在VATRON公司設計的Multipas連退模擬試驗機上進行連續退火模擬實驗，試樣在連退模擬機中的退火曲線如圖1所示，退火工藝參數如表2所示。用掃描電鏡（SEM）觀察退火后試樣的顯微組織，并將退火試樣制作成80標距的標準規格拉伸試樣，在Zwick電子萬能材料試驗機上測定其力學性能。

2 實驗結果與分析

2.1 退火工藝對顯微組織的影響

圖2為不同退火工藝下800MPa級雙相鋼的顯微組織。從圖中可以看出，雙相鋼金相組織主要為鐵素體和馬氏體，有少量貝氏體存在，這是因為退火溫度高低影響雙相鋼奧氏體化程度，高退火溫度時奧氏體中碳含量降低導致奧氏體穩定性差，在快冷時難以避免貝氏體轉變[7-9]。隨著退火工藝的改變，組織中兩相體積比以及形貌、分布形態等發生了變化。

圖2（a）（b）（c）分別為退火溫度為780℃、790℃和800℃的顯微組織，圖2（a）中，退火溫度為780℃時，用ipp6.0軟件對組織進行統計得出31.2%馬氏體貝氏體，68.8%鐵素體，馬氏體島狀形貌非常清楚，島狀馬氏體均勻分布在鐵素體晶界上，分布較分散，此時體積較?。s為2～3μm），并且馬氏體沒有明顯的連續性。圖2（b）中，退火溫度為790℃時，組織約為37%的馬氏體貝氏體，63%的鐵素體，馬氏體呈網狀分布于鐵素體晶界上，鐵素體也逐漸被馬氏體分割成許多小的區域，呈零散分布狀。圖2（c）中，退火溫度為800℃時，組織為42.5%的馬氏體貝氏體，57.5%的鐵素體，馬氏體呈條塊狀分布，且體積較大（有的板條長度達8μm），馬氏體互相連接在一起，呈群落狀，點狀貝氏體增多。隨著退火溫度的升高，組織中鐵素體含量下降，馬氏體貝氏體含量增大。

圖2（e）（a）（d）分別為保溫時間為55S、65S和75S的顯微組織，保溫時間主要影響奧氏體的長大和奧氏體成分均勻性。從圖可以看出不同保溫時間下組織的形態和分布變化不大，這是因為在退火時加熱至鐵素體和奧氏體兩相區的過程中，奧氏體在滿足形核的區域開始形核并逐漸長大，這一長大過程可以分為初始長大，向鐵素體內長大和最終平衡三個階段，其中前兩步可以迅速完成，而最終平衡階段則所需的時間較長，本實驗所設定的保溫時間正處于奧氏體形成三階段中的后兩個階段，故奧氏體體積分數增長緩慢，導致最終組織中的馬氏體的體積分數變化不大。

2.2 退火工藝對性能的影響

在實驗退火溫度范圍內雙相鋼的屈服強度和抗拉強度隨著退火溫度升高呈增大趨勢，但總體差異不大，延伸率隨著退火溫度升高逐漸降低。這是因為雙相鋼在變形過程中，軟相鐵素體首先發生屈服，鐵素體是決定屈服強度的重要因素，一般來說隨著鐵素體體積分數增加，屈服強度降低。圖2組織中鐵素體含量隨退火溫度升高而降低，因此導致屈服強度逐漸增加。馬氏體自身的強度、組態以及馬氏體的體積分數決定了雙相鋼的抗拉強度，隨著退火溫度升高，組織中馬氏體含量增加，硬相馬氏體作為強化相，體積分數增加必然引起強度提高?；ハ噙B接在一起的條塊狀馬氏體和貝氏體本身硬度強度較大，能夠提供較高的強度。另外隨退火溫度升高緩冷到685℃時所需要的時間就越長，奧氏體向新生鐵素體轉變的同時，碳和合金元素不斷地向奧氏體富集，不僅提高了鐵素體純潔度而且增加了奧氏體淬透性，進而提高了馬氏體的碳含量，同時也會導致強度增加[10]。延伸率反應了雙相鋼的塑性，組織中鐵素體含量越高，材料在斷裂前出現塑性變形的量就越大即塑性越好，因此隨著退火溫度升高，延伸率降低，雙相鋼的塑性下降。

3 結論

在實驗溫度范圍內，隨退火溫度升高，組織中馬氏體體積分數增大，強度升高延伸率下降;隨保溫時間的延長或縮短，組織中馬氏體體積分數變化不大，馬氏體中C含量的變化及鐵素體純凈度變化引起強度增加。

【參考文獻】

[1]康永林.現代汽車板工藝及成形理論與技術[M]，北京：冶金工業出版社，2009.

[2]馬二清，崔磊，詹華，等.退火溫度對800MPa級熱鍍鋅雙相鋼組織和性能的影響[J].安徽冶金，2016，3：14-16.

[3]鄺霜，康永林，于浩，等.600MPa級冷軋雙相鋼的試制與研究[J].材料工程，2006（增1）：329-332.