（材料加工工程专业论文）700mpa以上级低成本热轧超细晶双相钢的组织和性能研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nm a t e r i a l sf o r m i n ge n g i n e e r i n g s t u d yo n m i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t yo f l o w co s ta n du l t r a f i n eg r a i n e dh o tr o l l e d d u a lp h a s es t e e la b o v e7 0 0 m p ag r a d e b yd o n g y i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rw u d i a s s o c i a t ep r o l e s s o rx uy u n b o n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y m a y 2 0 1 0 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 = 此 思。 学位论文作者签名：蓬毅 日期：加d 、0 了、叶 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学博士学位论文 摘要 曼曼曼皇皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼i 一 一一 一皇i 曼曼笪曼曼寡曼曼曼曼曼曼皇曼曼置 7 0 0 m p a 以上级低成本热轧超细晶双相钢的组织和性能研究 摘要 热轧双相钢以优异的综合性能使其能够广泛的应用于汽车、石油、船舶和建筑等领 域。传统工艺生产的高温卷取型c r - m o 系热轧双相钢因添加昂贵合金，使其成本较高， 而低温卷取型m n - s i 系热轧双相钢却存在工艺参数尤其是冷却工艺控制困难和表面质量 差的缺点，且不论c r - m o 系还是s i m n 系热轧双相钢，牌号都以d p 5 0 0 6 0 0 为主。以低 s i 含n b 的成分设计和简单冷却工艺为特色的热轧7 0 0 m p a 以上级双相钢的研制还未见报 道。 本文以两种成分的实验钢( 低s i - m n - n b 及s i - m n 钢) 为研究对象，通过热模拟和 热轧实验，研究实验钢动态、静态再结晶和低温区形变诱导铁素体相变行为，以及工艺 参数对双相组织和性能的影响。在实验室条件下，针对低s i m n n b 钢采用未再结晶控 轧、简单冷却工艺等方法，成功刀：发7 0 0 m p a 以上级高强度超细晶热轧双相钢，大幅度 降低了合金和生产成本，提高了钢材性能，具有极其广泛的市场前景。实验坯料厚度 6 0 r a m ，成品厚度3 r a m ，组织性能指标优异：m ：1 0 - 2 5 ；r m ：7 0 0 8 0 0 m p a ；屈强比：0 6 - 0 7 ； 1 3 值：0 1 6 - 0 2 0 ；延伸率：2 2 5 2 5 。 本文主要的工作及研究成果如下： 1 通过热模拟实验，对实验钢的动态再结晶和静态再结晶行为进行了研究。结果表 明：与s i m n 钢相比，由于n b 对动态再结晶的抑制作用，导致低s i m n n b 钢再结晶激 活能增大，并且，在相同的变形温度和应变速率条件下发生动态再结晶的临界应变量增 大。低s i m n n b 钢在1 0 5 0 、应变速率为0 1 s 、变形量为0 8 的条件下，由于动态 再结晶的发生使奥氏体晶粒尺寸由6 5 p m 减小到约1 5 u m 。低s i m n n b 钢在温度低于静 态再结晶临界温度时，静态再结晶激活能不再为常数，而是温度的函数。 2 对低s i m n n b 钢的超细晶奥氏体在低温区( 7 8 0 9 0 0o c ) 的形变诱导铁素体相变 行为进行了研究。结果表明，在原始奥氏体晶粒为4 2 m 的条件下，形变诱导铁素体 相变发生的临界应变量和生成的铁素体含量均由变形温度和变形速率共同决定。在7 8 0 时，以1 0 s 的应变速率经o 8 变形后得到了平均晶粒尺寸为2 - 3 u m ，百分含量接近 8 0 的形变诱导铁素体。 3 通过热模拟实验研究了变形参数对低s i m n - n b 钢组织的影响。结果表明：减小 东北大学博士学位论文摘要 原始奥氏体晶粒尺寸和增大变形量均有利于提高铁素体的百分含量，并且细化铁素体晶 粒。另外，降低连续冷却速率，有利于提高铁素体的百分含量，但是，铁素体晶粒尺寸 增大。在7 2 0 - 8 1 0 之间变形时，随着变形温度的降低，铁素体的百分含量先增大后减 小，铁素体晶粒尺寸减小，铁素体硬度增大。 4 通过热轧实验，研究了终轧后采用空冷超快冷的冷却工艺时，终轧温度对两种 实验钢组织及性能的影响。对于低s i m n n b 钢，最佳的终轧温度在8 2 0 。c 左右，实验钢 的抗拉强度达到8 0 0 m p a 以上，屈强比低于0 7 ，延伸率达到2 5 ，晶粒尺寸约为3 - 4 b t m ； 对于s i - m n 钢，最佳的终轧温度应在8 1 0 。c 一8 6 0 之间，可得到抗拉强度达到7 0 0 m p a 左右，屈强比低于0 6 ，n 值高于0 2 ，延伸率在2 7 以上的优质双相钢板。 5 通过热轧实验，研究了终轧后采用连续冷却工艺时，终轧温度对两种实验钢组 织及性能的影响。对于低s i - m n - n b 钢，最佳的终轧温度在8 1 0 。c 一8 5 0 。c 之间，可得到抗 拉强度7 5 0 m p a 以上，屈强比低于0 6 6 ，n 值大于0 1 7 ，延伸率高于2 2 5 的双相钢板； 对于s i - m n 钢，最佳的终轧温度在8 5 0 左右，此温度区间内得到的双相钢板的抗拉强 度接近7 0 0 m p a ，屈强比低于0 6 ，n 值大于0 2 ，延伸率达到2 8 。 关键词：热轧双相钢；高强度；细晶；低成本；组织性能；连续冷却；终轧温度；n b 钢；相变；再结晶 s t u d yo nm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t yo f l o w c o s ta n du l t r a f i n e g r a i n e dh o tr o l l e dd u a lp h a s es t e e la b o v e7 0 0 m p ag r a d e a b s t r a c t h o t r o l l e dd u a l p h a s es t e e ld u et oi t se x c e l l e n tc o m p r e h e n s i v ep r o p e r t i e sh a sb e e n w i d e l yu s e di nm a n yf i e l d s ，s u c ha sa u t o m o b i l e s ，p e t r o l e u m ，s h i p p i n ga n dc o n s t r u c t i o n ，a n d s oo n c r - m oh o t r o l l e dd u a l p h a s es t e e lp r o d u c e db yt r a d i t i o n a lp r o c e s sa th i g ht e m p e r a t u r e c o i l i n gc o n d i t i o nh a sh i g h e rc o s tb e c a u s eo fa d d i n ge x p e n s i v ea l l o y s o nt h eo t h e rh a n d ， m n 。s ih o t r o l l e dd u a l p h a s es t e e li sp r o d u c e da tl o wt e m p e r a t u r ec o i l i n gc o n d i t i o n ，h o w e v e r , t h e r ea r ed i f f i c u l t i e si nt h ec o n t r o lo fp r o c e s sp a r a m e t e r s ，e s p e c i a l l yt h ec o o l i n gp a r a m e t e r s f u r t h e r m o r e ，m n s ih o t r o l l e dd u a l p h a s es t e e lo f t e nh a sb a ds u r f a c eq u a l i t y b o t hc r - m oa n d s i 。m nh o t r o l l e d d u a l p h a s e s t e e lw e r ed o m i n a t e db yd p 5 0 0 6 0 0 g r a d e s n o w t h e d e v e l o p m e n t a n dm a n u f a c t u r i n go fh o t r o l l e d d u a l - p h a s e s t e e la b o v e7 0 0 m p ag r a d e c h a r a c t e r i z e db yl o ws ic o n t e n ta n dc o n t a i n i n gn ba n du s i n gs i m p l i f i e dc o o l i n gp r o c e s sh a v e n o tb e e nr e p o r t e d t h eo b j e c t i v eo fp r e s e n tt h e s i si st oi n v e s t i g a t e dt h ed y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o n ，s t a t i c r e c r y s t a l l i z a t i o n ，a n dd e f o r m a t i o ni n d u c e df e r r i t et r a n s f o r m a t i o nb e h a v i o ro fl o w s i _ m n _ n b s t e e la n ds i m ns t e e l ，a n dt h ee f f e c t so fp r o c e s sp a r a m e t e r so nd u a l p h a s em i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e so fb o t hs t e e l sb yt h e r m a ls i m u l a t i o na n dh o tr o l l e de x p e r i m e n t s u n d e rl a b o r a t o r y c o n d i t i o n s ，u l t r a f i n eg r a i n e dl o ws i m n n bh o t r o l l e dd u a lp h a s e s t e e la b o v e7 0 0 m p ag r a d e w a sd e v e l o p e ds u c c e s s f u l l yb a s e do nc o n t r o l l e dr o l l i n gi na u s t e n i t en o n r e c r y s t l l i z a t i o nr e g i o n a n ds i m p l i f i e dc o o l i n gp r o c e s s a n dt h i sh o t r o l l e dd u a l p h a s es t e e lh a sag r e a tm a r k e t p r o s p e c td u et oi t si m p r o v e dp r o p e r t i e s ，d e c r e a s e da l l o ya d d i t i o na n d r e d u c e dp r o d u c t i o nc o s t t h es l a bt h i c k n e s si s6 0 m m ，a n dt h ef i n a lt h i c k n e s si s3 m m t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h i sh o t r o l l e dd u a l p h a s ea r ea sf o l l o w s ：m ，10 2 5 ；r m ，7 0 0 8 0 0 m p a ；y i e l dr a t i o ，0 6 0 7 ； n v a l u e ，0 16 - 0 2 0 ；e l o n g a t i o n ，2 2 5 2 5 t h em a i nw o r k sa n dr e s e a r c hr e s u l t so ft h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： 1 b o t hd y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o na n ds t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o ro ft e s t e ds t e e l sw e r e i n v e s t i g a t e db yt h e r m a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n t i tw a ss h o w e dt h a tt h el o ws i m n n bs t e e l h a dh i g h e rd y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o na c t i v a t i o ne n e r g yi n c o m p a r i s o nw i t hs i m ns t e e l b e c a u s eo ft h er e t a r de f f e c to fn b a n dt h el o ws i m n n bs t e e ls h o w e dh i g h e rc r i t i c a ls t r a i n f o rd y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o na tt h es a m ed e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ea n ds a m ed e f o r m a t i o nr a t e 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t !iii, 1 id i i i iii ,i i ! i ! i , i l i i i t h ea u s t e n i t eg r a i ns i z eo fl o ws i - m n - n bs t e e lw a sr e d u c e df r o m6 5 p r ot o15 9 md u et o d y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o nw h e nd e f o r m e da t 10 5 0 。cw i t has t r a i nr a t eo fo 1 sa n dat o t a l s t r a i no f0 8 f u r t h e r m o r e t h es t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o na c t i v a t i o ne n e r g yo fl o ws i m n - n b s t e e lw a sn o tac o n s t a n tb u taf u n c t i o no ft h ed e f o r m e dt e m p e r a t u r eu n d e rc r i t i c a lt e m p e r a t u r e f o rs t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o n 2 t h ed e f o r m a t i o ni n d u c e df e r r i t et r a n s f o r m a t i o no fl o ws i m n n bs t e e lu l t r a f i n eg r a i n e d a u s t e n i t ei nl o wt e m p e r a t u r er e g i o nf r o m7 8 0 。ct o9 0 0 。cw a si n v e s t i g a t e d i tw a so b s e r v e d t h a tt h ec r i t i c a ls t r a i nf o rd e f o r m a t i o ni n d u c e df e r r i t et r a n s f o r m a t i o na n dt h ea m o u n to ff e r r i t e w e r ed e t e r m i n e db yd e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ea n dd e f o r m a t i o nr a t e t h ed e f o r m a t i o ni n d u c e d f e r r i t eo c c u p i e dn e a r l ye i g h t yp e r c e n t sa n dh a da na v e r a g eg r a i ns i z eo fa b o u t2 - 3 p ma f t e r d e f o r m i n ga t7 8 0 。cw i t has t r a i nr a t eo f10 sa n dat o t a ls t r a i no f o 8 3 t h ee f f e c t so fd e f o r m a t i o np a r a m e t e r so nt h em i c r o s t r u c t u r eo fl o ws i m n n bs t e e lw e r e s t u d i e db yt h e r m a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n t i tw a si n d i c a t e dt h a td e c r e a s i n gi n i t i a la u s t e n i t e g r a i ns i z ea n di n c r e a s i n gd e f o r m a t i o na m o u n tw e r ef a v o r a b l et oe n h a n c ef e r f i t ec o n t e n ta n d r e d u c ef e r r i t eg r a i ns i z e f u r t h e r m o r e ，d e c r e a s i n gc o n t i n u o u sc o o l i n gr a t ew a sa l s oh e l p f u lt o e n h a n c ef e r r i t ec o n t e n tb u tc a u s e db i g g e rf e r r i t e w h e nd e f o r m e da t7 2 06 c 一8 1 0 。c ，w i t ht h e d e c r e a s i n go fd e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e ，t h ef e r r i t ec o n t e n ti n c r e a s e da tf i r s tt h e nd e c r e a s e d h o w e v e r , f e r r i t eg r a i ns i z ed e c r e a s e da n df e r r i t eh a r d n e s si n c r e a s e d 4 t h ee f f e c to ff i n i s h i n gr o l l i n gt e m p e r a t u r eo nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fb o t hs t e e l sw a sr e s e a r c h e db ya i rc o o l i n gp l u su l t r af a s tc o o l i n ga f t e rh o tr o l l i n g w i t hr e s p e c tt ol o ws i m n - n bs t e e l ，t h em o s ts u i t a b l ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r ew a sa b o u t8 2 0 。c ， w h e r e b yt h ef e r r i t eg r a i ns i z ew a sa b o u t3 - 4 9 ma n dt h et e n s i l es t r e n g t hw a s a b o v e8 0 0 m p a ， m e a n w h i l e t h ey i e l dr a t i ow a sb e l o w0 7a n dt h ee l o n g a t i o nw a s2 5 w i t hr e s p e c tt os i - m n s t e e l ，t h em o s ts u i t a b l ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r ew a sa b o u t8 1 0 。c 一8 6 06 c ，w h e r e b yt h et e n s i l e s t r e n g t hw a sa b o u t7 0 0 m p aa n dt h ey i e l dr a t i ow a sb e l o w0 6 ，m e a n w h i l e ，t h e 玎v a l u ew a s a b o v e0 2a n dt h ee l o n g a t i o nw a sa b o v e2 7 5 t h ee f f e c to ff i n i s h i n gr o l l i n gt e m p e r a t u r eo nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fb o t hs t e e l sw a s r e s e a r c h e db yc o n t i n u o u sc o o l i n ga f t e rh o tr o l l i n g w i t hr e s p e c t ：ol o ws i m n n bs t e e l ，t h em o s ts u i t a b l ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r ew a sa b o u t8 10 。c _ 8 5 0 。c ， h e r e b yt h et e n s i l es t r e n g t h w a sa b o v e7 5 0 m p aa n dt h ey i e l d r a t i ow a sb e l 。w0 6 6 , n e a n w h i l e t h e 聆v a l u ew a sa b o v e0 17a n dt h ee l o n g a t i o nw a sa b o v e2 2 5 w i t hr e s p e c t t o l v 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t s i m ns t e e l ，t h em o s ts u i t a b l ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r ew a sa b o u t8 5 0 。c ，w h e r e b yt h et e n s i l e s t r e n g t hw a sn e a r l y7 0 0 m p aa n dt h ey i e l dr a t i ow a sb e l o w0 6 ，m e a n w h i l e ，t h e 以v a l u ew a s a b o v e0 2a n dt h ee l o n g a t i o nw a s2 8 k e y w o r d s ：h o tr o l l e d d u a l p h a s es t e e l ，h i g hs t r e n g t h ，g r a i n r e f i n i n g ，l o wc o s t ， m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t y , c o n t i n u o u sc o o l i n g ，f i n i s h i n g r o l l i n gt e m p e r a t u r e ，n bs t e e l ， t r a n s i t i o n ，r e c r y s t a l l i z a t i o n v 兰i 匕大i li 学! i 博士学位论文i d a ! h ii , , ! , , ! , i , i n , ii 尘i j l 舞一 鼍 目录 摘要上 a b s t r a c t 1 l i 第1 章绪论l 1 1 引言。i 】2 双相钢简介- 2 1 2 1 双相钢显微组织特征2 1 2 2 双相钢性能特点4 1 2 3 双相钢的生产工艺5 1 3 影响热轧双相钢组织性能的因素7 1 3 1 合金元素7 1 3 2 热轧工艺8 1 4 热轧双相钢国内外发展及应用情况1 0 1 4 1 国外热轧双相钢发展及应用情况1 0 1 4 2 国内热轧双相钢发展及应用情况1 2 1 5 课题的研究背景、研究内容和意义1 5 第2 章奥氏体再结晶行为研究1 7 2 1 奥氏体动念再结晶行为研究1 7 2 1 1 实验材料及方案，1 8 2 i 2 实验结果与分析，1 9 2 。2 奥氏体静态再结晶行为研究2 4 2 2 1 实验材料及方法2 5 2 2 2 实验结果及分析，2 5 2 3 本章小结2 9 第3 章奥氏体连续冷却过程中的相变研究3 1 3 1 实验材料及方法3 1 3 1 1 实验材料3 l 3 1 2 实验方案，3 1 3 2 实验结果及分析3 3 3 2 1 变形量对实验钢连续冷却过程中相变的影响3 3 3 2 2 原始奥氏体晶粒尺寸对实验钢连续冷却过程中相变的影响。3 9 东北大学博士学位论文目录 3 3 本章小结4 6 第4 章细晶奥氏体形变诱导相变行为研究4 7 4 1 实验材料及方案4 7 4 2 实验结果及分析，4 8 4 2 1 应变速率的影响。4 8 4 2 2 变形温度的影响5 3 4 3 本章小结5 7 第5 章工艺参数对双相组织的影响5 9 5 1 工艺参数对低s i - m n - n b 钢双相组织的影响5 9 5 1 1 原始奥氏体晶粒尺寸对双相组织的影响5 9 5 1 2 变形温度对双相组织的影响6 2 5 1 3 连续冷却速率对双相组织的影响6 6 5 1 4 变形量对双相组织的影响7 0 5 1 5 冷却路径对双相组织的影响7 3 5 2 工艺参数对s i - m n 钢双相组织的影响7 5 5 2 。1 变形温度对双相组织的影响7 6 5 2 2 连续冷却速率对双相组织的影响7 8 5 3 本章小结8 0 第6 章热轧实验8 1 6 1 实验材料及方法8 l 6 。1 。1 实验材料8 1 6 1 2 实验工艺8 1 6 1 3 组织观察与力学性能检测8 2 6 2 实验结果及分析8 2 6 2 1 两段式冷却工艺终轧温度对双相钢组织和性能的影响8 2 6 。2 。2 两段式冷却工艺超快冷丌始温度对双相钢组织和性能的影响8 9 6 2 3 连续式冷却工艺终轧温度对双相钢组织和性能的影响9 2 6 2 4 连续式冷却工艺终轧后空冷时间对双相钢组织和性能的影响9 9 6 3 本章小结1 0 1 第7 章结论1 0 2 参考文献1 0 4 东北大学博士学位论文 目录 攻读博士期间发表的论文1 1l 致谢11 2 作者简介1 1 3 东北大学博士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 随着工业的高速发展，人类对资源和环境的使用需求迅速增加，在未来5 0 1 0 0 年内， 人类赖以生存的大多数资源和能源将枯竭，面对这样严酷的现实，人类不得不认真考虑 可持续发展问题，并寻求新的发展战略。在钢铁工业，为了满足未来可持续发展的需要， 丌发和使用低能耗、低资源占用、低污染、长寿命、高综合性能的钢材已是必然。 近年来，汽车工业发展迅速，尤其是轿车生产的迅速发展，产生了两个主要问题： 一是随着汽车数量增多和车速的提高，使得人们对汽车的安全性能提出了更高的要求， 其重要措施之一就是增强汽车构件的强度；二是能源紧张和环境污染，因此要求降低油 耗、节约能源是未来汽车发展的必然方向，而降低油耗的一个重要方法是减轻汽车的自 重，据研究，车重每减轻1 0 ，可节省燃油3 7 。f 是由于未来汽车向着高安全性、 经济环保、高寿命等方向发展，使得提高汽车的安全性能、降低成本、减轻自重成为了 增加高强度钢用量的动力口叫0 1 。 在早期的汽车制造中，汽车冲压件多采用普通的低碳钢，为了减轻车重，人们开发 了低合金高强度钢( h s l a ) ，但是这种材料塑性低，导致了冲压成型困难1 | 。双相钢板与 普通低合会高强度钢相比，具有低的屈强比和更优越的强塑性配合，因而在汽车工业方 面应用于各种冲压件 川。近几十年来，双相钢以其优越的性能引起了汽车工程师们的 注意，并在减轻汽车重量和提高安全性能方面提供了引人注目的选择机会，这充分说明 了双相钢是一种极有潜力的汽车用基板u 引。1 9 9 3 年，美国率先发起了新一代汽车伙伴 计划( p n g v ) ，政府与企业联手进行创新性技术研发，其主要目标为丌发一批新型轿 车，在其它性能与价格基本不变的条件下，燃料效率为1 9 9 4 年可比标准轿车的三倍( 百公 罩油耗由9 升降至3 升) 。1 9 9 4 年，国际钢铁协会制定超轻钢车体计划( u l s a b ) ，超轻汽 车用钢材可以使汽车车身强度提高到现有强度的1 3 2 ，车重减轻3 5 ，而且不再需要增 加补强部件，可以大幅减少制造成本，因此会给汽车制造业带来革命性的改变。图1 和图2 分别为车体和结构用钢种类及各钢种在车体上的使用部位示意图。通过对新一代汽车伙 伴计划项目车体所用钢种的分析，在超轻钢车体中，双相钢将占车体总质量的7 4 3 ， 其中高强度双相钢占绝大部分。目前双相钢热轧板带在汽车用钢所占的比例同益增加， 欧美和同本均己经形成双相钢系列产品，并且在车轮的轮辐及轮盘制造、保险杠加强体、 制动片及门防撞击梁等零部件中得到广泛的应用。 东北大学博士学位论文 第1 章绪论 u l s a b - a v cp n g v - c l a s sb o d ys t r u c t u r e f j s r，n 卜 ，1c ；。4 ( )4 ：一， m 。1r t0 b 0 一i5201 f i g 1 1h i g hs t r e n g t hs t e e ls h e e t su s e di nu l s a b a v cp r o j e c t ：。d h u a p h a s e多 ， m ar t 、一，7 。 ， + 、 t r i p 。 、。、 移 “妒 、。- - ? ； 、 r 0 ，。j 4 。“ 7 、。”、憩、。0 ，- l 、轧4 惹藜 弋。? 、鬈。 ，“ 霉爹：。 ：。rj 毒、：、j 攀“，。，t f i g 1 2t h ep o s i t i o no fs o m es t e e l su s e do nb o d ys t r u c t u r e 中国做为世界钢铁大国，产量白1 9 9 6 年首次突破亿吨大关以来，钢产量就一直居世 界首位。近几年来，我国钢铁的生产一直处于持续增长的趋势6 盯3 ，2 0 0 8 年，我国粗钢 产量超过5 亿吨，相当于第2 名同本到第9 名巴西粗钢产量的总和。但我国钢铁行业的国 际竞争力并不强，少数高技术含量、高附加值的产品仍然依赖进口，如冷轧硅钢板、不 锈钢板材、汽车面板、大尺寸造船板等，虽然总的来看，国产钢材的市场占有率较高， 但实物占有率要高于价值占有率，显示出我国钢铁产品附加值较低，以及对国外高附加 值产品的依赖。 我国对双相钢的研制起步较晚( 始于上个世纪八十年代) ，大部分仍处于试生产和推 广阶段。随着汽车工业的迅速发展，市场对汽车用高强度结构钢板需求同益增加，开发 高强度级别双相钢成为我国钢铁工作者工作的重中之重。 1 2 双相钢简介 1 2 1 双相钢显微组织特征 双相钢的第一个专利是1 9 6 8 年在美国提出的。但是直n 1 9 7 5 年，h a y a m i 和f u r u k a w a 东北大学博士学位论文第1 章绪论 对这类钢的显微组织、化学成分、机械性能和成形性做了完整的描述之后，双相钢的巨 大潜力爿被人们所认识。 双相钢是指低碳钢或低碳微合金钢经过临界区热处理或控制轧制工艺而得到的主 要由铁素体( f ) + 少量的马氏体( m ) 组成的高强度钢，也称马氏体双相钢。 研究表明，铁素体和马氏体双相钢的显微组织因化学成分和生产工艺的不同而异， 已获得的双相钢组织有无序组织和定向排列纤维组织两大类，目日仃发展的双相钢基本上 都是无序组织的双相钢。而无序的组织又可分为弥散分布组织、纤维状双相混合型组织、 高位错亚晶结构型组织三种情况，如图1 3 。对于弥散分布组织，其特点为在塑性良好 的软的多边形铁素体的基体上，弥散分布着具有高强度的岛状马氏体，有时还存在残余 奥氏体，铁素体体积占8 0 9 0 ，马氏体体积占1 0 2 0 。在这种组织中，第二相( 马 氏体相) 起到弥散强化作用。纤维状双相混合型组织的特点为平行针状马氏体束被具有 高密度位错的铁素体包围，铁素体区域内实质上不存在间隙固溶的碳和沉淀析出的碳化 物，且位错具有很高的流动性，这使得该区域的塑性很高。铁素体相和马氏体相界面高 度共格，在该界面上没有脆性碳化物形成，提高了负荷及由铁素体向马氏体转移的效率。 当马氏体中碳含量控制在0 3 5 以下时，马氏体内具有位错亚晶结构，因此不仅强度高， 而且韧性好。马氏体相与铁素体相的一系列弹性常数相等，因此在两相的弹性区域内不 存在局部应力集中。高位错亚晶结构型组织的特点为网状或群落状马氏体位于铁素体晶 界上，马氏体含量高，而且具有高密度位错亚晶结构，其体积百分比为2 0 。在这种双 相组织中，位错难于通过品界，在马氏体与铁素体界面堆积，从而造成马氏体形变所需 应力增大。由于马氏体强度高，故能承受一定量的形变而不断裂，这种双相组织中存在 于晶界上的马氏体起到了强化晶界的作用。 ( a ) 弥散分布组织：( b ) 纤维状双相混合巧! 组织；( c ) 高位错品结构型组织 幽1 3 已获得的舣相钢的组织类型 f i g 1 3t y p i c a lm i c r o s t r u c t u r eo fd u a lp h a s es t e e lo b t a i n e d 东北大学博士学位论文第1 章绪论 1 2 2 双相钢性能特点 双相钢的组织特征是在延伸性好的铁素体基体上分布一定比例的强硬马氏体。由于 双相钢的显微组织具有细化晶粒、晶界强化、第二相弥散强化、亚晶结构及残留奥氏体 利用等强韧化手段，因此双相钢具有十分优良的性能”2 “。 ( 1 ) 双相钢具有高强度、高韧性，且具有很好的强度和韧性配合。另j b x 7 4 h 4 5 7 1 具 有较低的屈强比( om ：o 。) 、较高的延伸率和很高的加工硬化率，且拉伸曲线呈连续屈 服，虫口图1 4 。 图1 4 双相钢与其它高强度钢庶力一应变曲线及加! i ：硬化系数与真应变的关系 f i g 1 4s t r e s s s t r a i nc u i v e sa n dr e l a t i o n s h i po fw o r kh a r d e n i n gc o e f f i c i e n ta n dt r u es t r a i no fd ps t e e la n d h s l as t e e l 与同级别的其它钢种比较，双相钢具有低的屈服强度和较高的抗拉强度。低的屈服 强度使冲压构件易于成形，回弹小，同时冲压磨具的磨损也小；高的抗拉强度可以使构 件具有较高的帽形机构压溃抗力、撞击吸能和疲劳强度。双相钢的拉伸曲线无屈服点， 呈连续屈服，应力应变曲线呈平滑的拱形，这避免成形零件表面起皱，而不需要附加的 精整轧制或其它附加操作。同时，双相钢均匀延伸率和总延伸率大。和同样强度的低合 金高强度钢相比，双相钢的均匀延伸和总延伸率提高三分之一或一倍；双相钢的工程应 力应变曲线的最大载荷附近有一个平坦区，它覆盖了较宽的应变范围，这表明双相钢在 拉伸时形成的缩颈是浅的或者说缩颈是扩散的。双相钢还有加工硬