（材料加工工程专业论文）csimn系热轧双相钢的生产工艺.pdf

辽宁科技大学硕士论文 摘要 摘要 热轧双相钢在汽车用板中占有较大比重，并以优越的力学性能受到了人们的 重视。因此，开发出适合的热轧双相钢生产工艺，对汽车板材向轻量化、高强度 发展有着重要意义。 本文以c s i m n 系双相钢为研究对象，采用q d 4 5 0 实验室轧机进行热轧实验，并 进行组织形貌和力学性能检测。研究了热轧双相钢在热变形过程中组织与性能的 演变规律，所得结论如下： 1 通过对不同工艺参数下组织性能变化规律的研究发现：变形量越大，晶粒 越细小，强度和塑性提高；开轧温度、终轧温度越高，铁素体晶粒粗大，马氏体 体积分数升高，强度升高；卷取温度下降，马氏体体积分数升高，强度随之升高： 冷却速度越大，马氏体体积分数越多，强度升高，塑性下降。 2 通过对显微硬度的检测发现，随着马氏体体积分数的增加，马氏体显微硬 度下降，铁素体显微硬度升高。 3 通过对冲击试样的断口形貌观察发现，夹杂物以及微裂纹的存在是热轧试 样冲击性能下降的主要原因之一，可以通过提高冶金质量、细化晶粒和改善工艺 参数等手段来改善材料的冲击性能。 4 探讨热轧双相钢在不同工艺参数下组织性能的演化规律，从而制定出适合 本文实验铜种的热轧工艺：开轧温度为1 1 5 0 、终轧温度为8 0 0 、卷取温度和冷 却速度分别为4 5 0 和5 0 s ，所对应的屈服强度达至0 4 0 0 m p a 级，抗拉强度达到 6 0 0 m p a 级，延伸率达2 5 以上，能够达到热轧双相钢的各项力学性能指标。 关键词：热轧双相钢，控制轧制和控制冷却，显微组织，力学性能 耋型垡茎彗耋塞| _ 。，。一，! ， !，!： ! 一，。一! 垒罂坠呈! a b s t 弛簟c t d u a l - p h a s es t e e lo c c u p i e dab i gs p e c i f i eg r a v i t yo fa u t o m o t i v ep l a t e s ，a n dr e g a r d e d h i g h l yw i t hi t ss u p e r i o rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h e r e f o r e ，e s t a b l i s h i n gap r o p e rh o t r o i l i n gt e c h n o l o g yo fd u a l p h a s es t e e li sv e r yi m p o r t a n tt od e v e l o pt h ea u t o m o t i v ep l a t e i nl i g h tw e i g h ta n dh i g hs t r e n g t h c s i - m na s - h o tr o l l e dd u a l - p h a s es t e e lw a ss t u d i e di n t h i sp a p e r , a n dt h eh o tr o l l e d e x p e r i m e n t sw a sh e l db yq ) 4 5 0r o l l i n gm i l li nl a b o r a t o r y b a s e do nt h er e s u l t so f m i c r o s t m c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，w er e s e a r c h e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n m i c r o s t m c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h es i z e so fg r a i nb e c a m es m a l l e rw i t hi n c r e a s i n go ft h ed e f o r m a t i o n ，t h e s t r e n g t ha n dp l a s t i cp r o p e r t i e si n c r e a s e dw i t hi t t h es i z e so ff e r r i t eg r a i nb e c a m eb i g g e r w h e nt h et e m p e r a t u r ew a si n c r e a s i n g ，t h ec o n t e n to fm a r t e n s i t ea n ds t r e n g t hi n c r e a s e d t h ec o n t e n to fm a r t e n s i t ei n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fc o o l i n gr a t e ，t h es t r e n g t h i n c r e a s e dw h i l et h ep l a s t i cp r o p e r t yd e c r e a s e d 2 jt l l er e s u i t so f t h em i c r o h a r d n e s si n d i c a t e dt h a tt h em i c l 0 h a r d n e s so f m a r t e n s i t e d e c r e a s e dw h e nt h ec o n t e n to fm a r t e n s i t ew a si n c r e a s i n g , w h i l et h em i c r o h a r d n e s so f f c r r i t ei n c r e a s e dw i t hi t 3 t h r o u g ht h eo b s e r v a t i o no ft h ei m p a c tf r a c t u r e s ，w ef o u n dt h a ti m p u r i t i e sa n d m i c r o - f r a c t u r e sa r et h em a j o rf a c t o r st h a ta f f e c tt h ei m p a c td u c t i l i t yo fd u a l p h a s es t e e l t h e r e f o r e ，i no r d e rt oo b t a i nb e t t e ri m p a c td u e t i l i t y , w ec a i li m p r o v et h eq u a l i t yo f m e t a l l u r g y , g r a i nr e f i n e m e n ta n di m p r o v et h ep a r a m e t e r so f h o tr o l l i n g , e t c 4 s u m m a r i z e dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n dd i f f e r e n t p a r m n e t e r so f a s h o tr o l l e dd u a l p h a s es t e e l t h ey i e l ds t r e n g t hr e a c h e d4 0 0 m p a ，t e n s i l e s t r e n g t hr e a c h e d6 0 0 m p a a n dt h ee l o n g a t i o n r e a c h e d2 5 w h e nt h e s t a r t i n g t e m p e r a t u r ea r o u n d11 5 0 。c ，f i n i s h i n gt e m p e r a t u r ea r o u n d8 0 0 ，c o i l i n gt e m p e r a t u r e a r o u n d4 5 0 ，a n dt h ec o o l i n gm t ea r o u n d5 0 s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep a r a m e t e r s o f h o tr o l l i n gi sa d a p t e dt ot h ee x p e r i m e n ts a m p l e si nt h i sp a p e r k e y w o r d s ：d u a l - p h a s es t e e l ，c o n t r o l l e dr o l l i n ga n dc o n t r o l l e dc o o l i n g ， m i c r o s t r u c t u r e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y l l 辽宁科技大学硕士学位论文 声明 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得辽宁科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料，与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名： 日期：翘三：f ， 关于论文使用授权的说明 本人完全了解辽宁科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：雄导师签名：邋日期： 磋 墨! j 理毕丛l 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 近年来，随着汽车工业的迅速发展，汽车工业逐渐成为我国国民经济的支柱 产业，市场对汽车用高强度结构钢板的需求也日益增加。由于世界汽车工业的发 展，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、 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， 使得汽车向轻量化方向发展，同时保证了汽车钢板的强度要求。正是由于未来汽 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 1 - 1 1 l o 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，导致了冲压成型困雉“j 。 双相钢板与普通低合金高强度钢相比，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i ”q “。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i l ”。目前 双相钢热轧板带在汽车用钢所占的比例日益增加，欧美和日本均已经形成双相钢 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。 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。目前为止，我国已经成功地开发了抗拉强度级别分别为5 4 0 m p a 、 5 9 0 m p a 和6 4 0 m p a 的双相钢，但是年产量很低，大批量的工业生产及应用亦尚未 实现。随着汽车工业的迅速发展，我们必须致力于高强度汽车板的开发工作，以 迸入汽车板这一具有广泛发展空问的领域。如果把双相钢的开发作为汽车板研发 工作的一个组成部分，可以提高我国在汽车板方面的竞争力，创造出更高的经济 效益。 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 1 2 双相钢的组织性能 1 2 1 双相钢的显微组织特征 双相钢是由铁素体和少量( 体积分数 9 5 0 。c ) 、奥氏体末再结晶区控制轧制( 又称为i i 型控制轧制，轧制温度为 9 5 0 。c - a r 3 ) 和“+ o i ) 两相区控制轧制( 轧制温度 2 3 5 螯2 3 0 挺 嘣2 2 5 故 懈2 2 0 举 2 1 5 宝4 8 0 魁 皤4 6 0 篙枷 美4 2 0 日r 枷 4 2 菱加4 1 聪3 9 萋。3 8 ， 计3 6 3 5 精轧变形量 图3 1 0 不同精轧变形量对显微硬度和马氏体体积分数的影响 f i g 3 1 0e f f e c to f d i f f e r e n tf i n i s h i n gd e f o r m a t i o no nm i c r o h a r d n e s sa n dc o n t e n to f m a r t e n s i t e 图3 1 0 为不同精轧变形量条件下显微硬度和马氏体体积分数的变化曲线，从 图中可以发现：当精轧变形量由3 7 增加到4 2 时，马氏体体积分数从3 6 3 增 加到4 0 6 4 ，随着精轧变形量的继续增加( 5 0 ) ，马氏体体积分数从4 0 6 4 下降 至3 6 9 3 。随着精轧变形量的增加，马氏体体积分数之所以会出现先增加后降低 的趋势，主要是由于在整个热轧实验过程中工艺参数控制不严格，使得2 号实验 工艺的冷却速度明显高于1 号实验工艺的冷却速度，而冷却速度是影响马氏体体 积分数的主要因素，因此出现了2 号试样的马氏体体积分数高于1 号试样马氏体 体积分数的情况；3 号工艺与2 号工艺的温度制度和冷却速度控制较好，此时精 轧变形量为影响马氏体体积分数的主要因素，因此随着精轧变形量的增加，晶粒 细化作用增强，使得马氏体相变的切变阻力升高( m s 点降低) ，导致了马氏体体 积分数下降。由于马氏体显微硬度与马氏体碳含量成正比，随着碳含量的增加， 辽宁科技大学硬士沦文第3 章变形制度对热轧双相钢组织性能的影响 马氏体显微硬度也随之增加，而对于同一钢种来说，马氏体的碳含量则随着马氏 体体积分数的增加而降低，闲此马氏体显微硬度与马氏体体积分数成反比，即随 着精轧变形量的增媚，马氏体显微硬度出现了先f 降稻升高的变化规律。随着马 氏体体积分数的增加，马氏体对铁素体晶粒的强化作用增强，圆此铁素俸最微硬 度随着马氏体体积分数的升高而升高。 z 柱 位移m m 图3 1i 不同精轧变形量下热轧双相钢的拉伸曲线 f i g 3 1 1l o a d i n g a n d d i s p l a c e m e n t c u f v eo f d i f f e r e n t f i n i s h i n gr o l l i n g d e f o r m a t i o n 图3 1 i 为不同精轧变形量条件下实验用钢的负荷一位移曲线，由图3 1 1 可以 得出实验用钢的机械性能其有如下特点： 1 1 号试样、2 号试样的屈服强度分别为4 5 2 2 3 m p a 和5 6 8 9 0 m p a ，抗拉强度 分别为7 6 4 7 m p a 和8 9 7 m p a 。经过计算，1 号试样和2 号试样的屈强比分别为0 6 1 和o 6 3 ，均达到了热轧双相钢具有较低屈强比的力学性能要求。 2 通过计算，1 号试样和2 号试样的延伸率分别为：2 1 8 和1 8 。l 号试样 的延伴率高于热轧双相铡的延伸率指标，具有较好的塑性指标。2 号试样的延 审率 较低，未达到热轧双相钢对延伸率的要求； 3 1 号试样和2 号试样在拽伸过程中负荷与位移的变化始终相互对应，并未出 现明显的屈服点，达到了热轧双相钢连续屈服的机械性能要求，保证了热轧取相 钢板在以艏的深加工过程中不会产生表面褶皱，使深加工产品能够具有良好豹表 面质量； 4 1 号试样和2 号试样负荷一位移曲线的最大载荷区附近有一个平坦区域，它 覆盖了较宽的变形范围，这说明了试样在形成缩颈前的均匀变形范围较宽，在拉 辽宁科技大学硕士论文第3 章变彤斟度对热轧双相钢组织性能的影响 伸变形过程中形成的缩颈是浅的或者说缩颈区是扩散的，具有较好的塑性。 强度之所以会出现上述变化规律主要是由于随着精轧变形量的增加，晶粒细 化作用增强。此外，马氏体含量的增加和分布形态呈纤维状分布也是强度增加的 重要原因之一。值得注意的是，强度虽有所增加，但延伸率却不是十分的理想。 通过对实验数据的分析，本文认为当精轧变形量为4 0 左右时，实验用钢的各项 力学性能能够得到良好的配合。 3 4 本章小结 1 总变形量对热轧双相钢组织性能的影响 a 随着总变形量的增大，获得的显微组织越细小，马氏体的分布从变形量较 小时的弥散状分布变为纤维状的分布特征。 b 对于同一钢种来说，马氏体显微硬度随着马氏体体积分数的增加而降低， 而铁素体显微硬度随马氏体体积分数增加而升高。 e 总变形量越大，材料的强度随之升高。 2 精轧变形量对热轧双相钢组织性能的影响 a 随着精轧变形量的增加，铁索体晶粒细小，马氏体体积分数降低，并且马 氏体的分布出现了网状、纤维状和弥散状分布特征。 b 随着精轧变形量的增加，马氏体显微硬度随之增加铁素体显微硬度随之 降低。 c 精轧变形量越大，晶粒细化作用增强，材料强度随之升高。精轧变形量为 4 0 左右时，实验用钢各项力学性能配合良好。 第4 章温度制度对热轧双相钢组织性能的影响 4 1 引言 温度参数主要包括加热温度、开轧温度、终轧温度和卷取温度等。控制轧制 过程中温度参数对轧制过程中再结晶速度、晶粒足寸、特别是对力学性能等有着 重要的影响。因此，本章进行了不同温度制度( 开轧温度、终轧温度、卷取温度) 下的热轧实验，并研究了不同温度制度对热轧双相钢组织性能的影响。 4 2 不同开轧温度对力学性雒和组织形貌的影响 4 2 1 热轧实验工艺 表4 1 不同开轧温度的热轧实验工艺 t a b l e4 1p r o c e s s i n g p a r a m e t e r so f d i f f e r e n tr o u g h i n g t e m p e r a t u r e 4 2 1 显微形貌观察 图4 1 为不同开轧温度下的显微组织。通过观察可以发现，图4 1 ( a ) 中的显微 组织主要为细小铁素体和少量马氏体，并且可以发现马氏体呈岛状弥散分布在铁 素体基体上，铁素体晶粒比较均匀并且晶界明显，在一些晶界上可以发现细小的 再结晶晶粒。图4 1 ( b 忡的显微组织主要为细小的铁素体和马氏体组织，马氏体岛 状分布在铁素体基体上，铁素体晶粒比较细小且晶界明显。图4 1 ( c ) 中，显微组织 主要为铁素体和马氏体，铁素体晶粒细小，并且在一些晶界处还可以发现再结晶 晶粒的存在。马氏体含量较多，呈网状分布于铁素体基体上。通过对不同开轧温 度下热轧双相钢组织特点的分析可知：随着开轧温度的降低，铁素体晶粒越细小， 同时马氏体含量也会随之降低，并且马氏体从较高开轧温度时的弥散状分布变为 较低丌轧温度时的网状分布。采用适合的开轧温度可以细化晶粒、调整马氏体体 积分数和组织分布特征，从而改善热轧双相钢的各项力学性能。 4 2 2 不同开轧温度对力学性能的影响 图4 1 不同开轧温度下实验用钢的显微组织 ( a ) 开轧温度1 0 6 0 “c ；( b ) 开轧温度1 0 2 0 c ( c ) 开轧温度9 6 0 。c f i g 4 1m i c r o s t r u c t u r eu n d e rd i f f e r e n t r o u g h i n gt e m p e r a t u r e ( 1 ) 不同开轧温度对热轧双相钢显微硬度的影响 图4 2 为不同开轧温度下的显微硬度和马氏体体积分数变化曲线，通过对该图 的分析得知：当开轧温度从9 6 0 升高至1 0 6 0 c 时，马氏体体积分数从3 6 3 增 加至3 9 4 6 。马氏体体积分数之所以会随着开轧温度的升高而增加，主要是由于 开轧温度高，奥氏体晶粒粗大，马氏体相变的切变阻力变小，m s 点升高，导致生 成的马氏体量增多。由于马氏体显微硬度与马氏体碳含量成正比，随着碳含量的 增加，马氏体显微硬度也随之增加。对于同一钢种来说，马氏体的碳含量则随着 马氏体体积分数的增加而降低，因此马氏体显微硬度随着开轧温度的升高而降低。 开轧温度升高，马氏体体积分数增加，使得马氏体对铁素体的强化作用增强，因 此铁素体显微硬度随着开轧温度的升高而升高。 辽宁科技大学硕士论文第4 章变形温度对热轧双相铜组织性能的影响 2 4 5 密2 4 0 裂2 3 5 篙2 3 8 蛙2 2 5 躲2 2 0 举2 l s 锕 羹删4 7 5 程4 2 5 孽4 0 0 戗3 7 5 四3 5 d 开轧 晶麝7 图4 2 不同开轧温度对照徽硬度和马氏体体积分数的影响 f i g 4 2 e f f e c t o f d i f f e r e n tr o u g h i n g t e m p e r a t u r e o n m i c r o h a r d n e s sa n d c o n t e n t o f m a r t e n s i t e ( 2 ) 不同开车l 温度对热轧双相钢力学性能的影响 图4 _ 3 为不同开轧温度下实验钢种的负荷一位移曲线，通过对该曲线的分析可 以得知： 1 1 号、2 号和3 号试样的屈服强度分别为4 0 6 6 7 m p a ，3 7 7 3 4 m p a 和 4 5 2 2 3 m p a ，抗拉强度分别为5 t 0 9 6 m p a 、5 7 2 5 7 m p a 稆7 6 4 7 m p a 。经过计算，三 个试样的屈强比分别为0 8 、o 6 3 和0 6 1 。从上述实验钢种的强度指标来羲，1 号 试样的屈服强度虽然较低，与抗拉强度仅仅相差1 0 0 m p a ，因此其屈强比较高( o 8 ) ， 未达到低屈强比的要求。2 号试样的屈服强度较低，但抗拉强度较高，使得1 号试 样具有较低的屈服强度( 0 6 3 ) ，达到了热轧双相钢具有低属强比的力学性能特点。3 号试样虽然具有较高的屈服强度，并且抗拉强度已经达到7 6 4 7 m p a ，因此3 号试 样也具有较低的屈强比，达到了热轧双相钢关于低屈强比的力学性能要求： 2 通过计算，三种不同热轧工艺的实验用钢延伸率分别为：2 1 8 、2 7 4 8 、 2 7 9 2 ，均达到了热轧双相钢对延伸率的要求，具有良好的塑性指标； 4 2 瓣 斡 鹞 ” 靳 _6辙求娶蜂肇皿唧 3 ，实验用钢在拉伸实验过程中负荷与位移的变化始终是相互对应的，均未出 现明显的屈服点，达到了热轧双相钢连续屈服的机械性能要求。因此，保证了热 轧双相钢板在以后的深加工过程中不会产生由于存在吕德斯带而引起的表面褶 皱，使深加工产品能够具有良好的表面质量； 4 三种实验闵钢负葡一位移鳆线的最大载荷区附近均有一个平坦区域，它覆 盖了较宽的变形范嗣，这说明了试样在形成缩颈前的均匀变形范围较宽，不玩发 生缩颈现象，试样在拉伸变形过程中形成的缩颈是浅的或者说缩颈区是扩散的。 z 柱 位移m m 图4 , 3 不同开轧温度下实验用铡的拉伸皓线 f i g ，4 3l o a d i n g a n dd i s p l a c e m e n tc t l r v eo f d i f l - 、e r e n tr o u g h i n gt e m p e r a t u r e 图4 。4 为不同开轧温度下热轧双相钢力学性能的变化曲线，从图中可以看出： 当开轧温度从9 6 0 升高到1 0 2 0 c 时，屈服强度从4 5 2 2 3 m p a 降低到4 0 6 6 7 m p a ， 而抗拉强度从7 6 4 7 m p a 降低到5 1 0 9 6 m p a 。结合不同开轧温度下热轧双相钢显微 组织於分析来看：开轧温度高，铁素体晶粒粗大，马氏体体积分数虽然有所升高， 但不是影响热轧双栩钢强度的主要因素，因而强度随着开轧温度的升高而降低。 此外，实验钢种的延伸率在开轧温度升离的过程中出现了降低的趋势：开轧温度 从9 6 0 。c 升高到1 0 6 0 甾的过程中，延伸率由2 7 9 2 降至2 1 8 ，这主要是由于随 着开辘温度的升高，马氏体体积分数增加，铁素体晶粒粗大，导致了延伸率的下 降。 兰茎墼垫查童，堡圭耋圣篁! ! 茎薹矍兰堡塑垫垫墨垫耋丝望型! ! ! ! 些坠 2 8 2 6 2 4 2 2 s o o 7 5 0 墨7 0 0 譬 6 5 0 6 0 0 5 5 0 5 0 0 4 5 0 盛4 3 5 蔫 4 2 0 兰4 0 5 岛 3 9 0 3 7 5 开轧温度。0 图4 4 不同开轧温度对实验用钢力学性能的影响 f i g 4 4e f f e c to f d i f f e r e n tr o u g h i n gt e m p e r a t u r eo nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 4 3 不同终轧温度对组织形貌和力学性能的影响 4 3 1 热轧试验工艺 表4 2 不同终轧温度的热轧实验一艺 t a b l e4 2p r o c e s s i n gp a r a m e t e r so f d i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r e 钢 编开轧温度终轧温度冷却速度卷取温度 变形制度 种号 ( )( ) ( * c s )( ) a 4 1 l 2 1 1 5 0 1 15 0 8 0 0 7 5 0 6 04 0 0 6 04 0 0 4 0 一2 8 2 0 一1 4 - 1 0 - + 7 5 3 5 4 0 一2 8 2 0 一1 4 一1 0 7 5 3 5 31 1 5 07 2 0 6 04 0 0 4 0 2 8 2 0 一1 4 1 0 7 _ 5 3 5 l! 坐型塑! 塑! ! = ! 兰= ：竺! 竺! 竖：= 2 ：! 4 3 2 显微形貌观察 ( 1 ) 光学显微镜下的形貌观察 图4 5 不同终轧温度下实验用钢的显微组织 ( a ) 终轧温度7 9 0 。c ；( b ) 终轧温度7 5 0 。c ；( c ) 终轧温度7 2 0 ；( d ) 终轧温度7 0 0 t ： f i g 4 5m i c r o s t r u c m r eu n d e rd i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r e 图4 5 为不同终轧温度下获得的显微组织。通过观察可以发现，图4 5 ( a ) 中的 显微组织主要为细小铁素体和少量马氏体，并且可以发现马氏体呈岛状弥散分布 在铁素体基体上。铁素体有的呈颗粒状，有的呈针状，并且在大晶粒的三叉晶界 处出现了细小的再结晶晶粒，晶粒边界清晰并且彼此咬合，有的边界呈锯齿状。 图4 5 ( b 冲的显微组织主要为细小的铁索体和马氏体组织，马氏体体积分数增加， 并且呈带状即纤维状双相混合组织，铁素体晶粒比较细小，但是晶界不是十分明 显。图4 5f c ) 中，显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体呈带状分布即双相混合 型组织，铁素体晶粒形态各异，有被拉长的铁素体、非常细小的再结晶铁素体等， 但是晶界不是十分明显。图4 5 ( d ) 中的显微组织由铁素体和马氏体组成，马氏体呈 纤维状双相混合组织，马氏体体积分数增加，铁素体晶粒较小。通过对不同终轧 温度下热轧双相钢组织特点分析可以发现：随着终轧温度的升高，铁素体晶粒越 辽宁科技大学硕士论文 第4 章变形温度对热轧双相钢组织性能的影响 细小，同时马氏体的分布从7 0 0 时的纤维状分布变为7 9 0 。c 时的弥散状分布。细 化晶粒是改善热轧双相钢组织性能主要手段之一，因此可以通过采用适当的终轧 温度来改善其综合力学性能。综合考虑实验钢种各项力学性能指标的配合，本文 认为8 0 0 左右是较为适合的终轧温度。 ( 2 ) 扫描电镜下的形貌观察 图4 6 为不同终轧温度下的s e m 形貌。图4 6 ( a 1 的显微组织主要为铁素体和马 氏体。铁素体晶粒细小，马氏体体积分数较多，并且呈纤维状分布在铁素体基体 上。图4 。6 ( b ) 的显微组织主要为铁素体和马氏体。马氏体体积分数较多，并呈纤维 状或以较大的马氏体岛分布在铁素体基体上。图4 6 ( c ) 的显微组织主要为铁素体和 马氏体。马氏体体积分数降低，并呈纤维状分布于铁素体基体上。通过对图4 7 的 分析得知，随着终轧温度的升高，获得的铁素体晶粒细小，马氏体体积分数升高， 有利于提高热轧双相钢强度。 图4 6 不同终轧温度下的s e m 形貌 ( a ) 终轧温度7 5 0 c ；( b ) 终轧温度7 2 0 。c ( c ) 终轧温度7 0 0 。c f i g ，4 6m o r p h o l o g yo fs e mu n d e r d i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r e 4 3 3 不同终靶温度对力学性能的影响 ( 1 ) 不同终轧温度对热轧双相钢显微硬度的影响 长 吲 蛙 艄 弗 3 2 0 3 1 0 3 0 0 2 9 0 2 8 0 2 7 0 2 6 0 2 5 0 2 4 0 终轧温度 图4 7 不同终轧温度对显微硬度和马氏体体积分数的影响 f i g 4 7e f f e c to f d i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r eo nm i c r o h a r d n e s sa n dc o n t e n to f m a r t e n s i t eu n d e r 图4 7 为不同终轧温度下热轧双相钢显微硬度以及马氏体体积分数的变化曲 线，从图中可以看出：在终轧温度从7 0 0 。c 升高到7 2 0 c 的过程中，马氏体体积分 数从3 6 1 9 升高到3 8 1 6 ，这主要是由于随着终轧温度的升高，获得了粗大的 铁素体晶粒，晶粒的界面能降低，使得马氏体相变的切变阻力降低，m s 点升高， 使得马氏体体积分数增多。此外，通过对该组实验工艺参数控制情况的分析可以 发现，3 号、4 号试样的冷却速度( 分别为9 0 s 、7 9 1 4 s ) 较1 号、2 号工艺 的冷却速度要高，这也是导致3 号、4 号试样马氏体体积分数较高和马氏体体积分 数变化规律出现拐点的主要原因之一。在终轧温度从7 2 0 * ( 2 升高至7 9 0 的过程中， 出现马氏体体积分数下降的现象，这主要是由于1 号、2 号试样冷却速度下降的缘 故。但是由于1 号与2 号试样的冷却速度相差不多( 忽略冷却速度对马氏体体积 分数的影响) ，此时的马氏体体积分数主要受终轧温度的影响，因此马氏体体积分 人 毯隧 栅 删 枷 伽 删 弼 拍 “ 豫 h划酪器吲肇监唧 女疑求器蛙世啦唧 辽宁科技大学硕士论文 第4 章变形温度对热轧双相钢组织性能的影响 数随着终轧温度的升高而增加。对于同一钢种来说，马氏体的碳含量则随着马氏 体体积分数的增加面降低，因此马氏体显微硬度随着冷却速度的增加而降低。由 于终轧温度升高，虽然铁素体晶粒变得粗大，但是马氏体对铁索体的强化作用仍 是影响铁素体显微硬度的主要因素，随着马氏体体积分数增加，马氏体对铁素体 的强化作用增强，因此铁素体显微硬度随着终轧温度的升高而升高。 ( 2 ) 不同终轧温度对热轧双相钢力学性能的影响 z 枢 位移向m 图4 8 不同终轧温度下实验用钢的拉伸曲线 f 培4 8l o a d i n ga n dd i s p l a c e m e n tc u r v eo fd i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r e 图4 8 为不同终轧温度下试样的负荷一位移曲线，通过对该图的分析可知： 1 四种实验用钢的屈服强度分别为5 5 4 9 7 m p a ，4 9 5 4 2 m p a 、6 2 0 5 2 m p a 和 5 5 9 7 2 m p a ，抗拉强度分别为8 7 4 3 7 m p a 、8 6 4 1 l m p a 、9 0 4 8 5 m p a 、和8 8 3 1 1 m p a 。 经过计算，实验用钢的届强比分别为o 。6 3 、o 5 7 、o 6 9 、和0 6 3 。从上述实验钢种 的强度指标来看，3 号试样的屈服强度已经达到6 0 0 m p a 级别，但由于屈服强度与 抗拉强度相差不多，造成了3 号试样的屈强比较高( o 6 9 ) ，未达到低屈强比的要求。 1 号、2 号和4 号试样均具有较低的屈强比，达到了热轧双相钢低屈强比的力学性 糍要求： 2 通过计算，不同终轧温度下实验用钢的延伸率分别为：1 8 、2 7 9 2 、2 1 4 4 和1 6 9 6 。四种实验用钢中，只有2 号、3 号试样的延伸率达到了热轧双相钢 对延伸率的要求，具有良好的塑性指标； 3 试样在实验过程中负荷与位移的变化始终是相互对应，均未出现明显的屈 服效应，达到了热轧双相钢连续屈服的机械性能要求。因此，保证了热轧双相钢 板在以后的深加工过程中不会产生由于存在吕德斯带而引起的表面褶皱，使深加 工产品具有良好的表面质量； 4 采用不同终轧温度制度轧制的实验用钢中，1 号、2 号试样负荷一位移曲线 的最大载荷区附近存在一个平坦区域，它覆盖了较宽的变形范围，这说明了试样 在形成缩颈前的均匀变形范围较宽，不易发生缩颈。 9 0 0 星8 9 0 岔8 8 0 8 7 0 8 6 0 6 4 0 6 2 0 6 0 0 s 8 0 s 6 0 5 4 0 5 2 0 5 0 0 4 8 0 终轧温度 图4 9 不同终轧温度对实验用钢力学性能的影响 f i g 4 9e f f e c to fd i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r eo nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 图4 9 为不同终轧温度对实验用钢力学性能的变化曲线，从图中得知：终轧温 度从7 0 0 。c 升高到7 2 04 c 时，实验钢种的屈服强度从5 5 9 7 2 m p a 增加到6 2 0 5 2 m p a ， 而抗拉强度从8 8 3 1 1 m p a 增加到9 0 4 8 5 m p a ，这主要是由于试样在轧制过程中的 冷却速度控制不严( 3 号、4 号试样的冷却速度大) ，使得马氏体体积分数增高。 通过对3 号、4 号试样金相组织的分析发现，较低的终轧温度有利于获得细小的晶 粒组织，这也是使强度高于l 号、2 号试样的原因之一。在终轧温度从7 2 0 。c 升高 至7 9 0 6 c 时，实验用钢的屈服强度从5 5 9 7 2 m p a 升高到6 2 0 5 2 m p a ，抗拉强度从 8 8 3 1 l m p a 升高9 0 4 8 5 m p a ，这主要是终轧温度升高导致马氏体体积分数升高的 缘故。 勰撕m托加蚺m加 蔼岛=冀。 ( 3 ) 不同终轧温度对热轧双相钢冲击性能的影响 冲击韧性是热轧双相钢重要的力学性能指标之一，为了研究不同开轧温度下 热轧双相钢冲击韧性的变化规律，本文对不同终轧温度轧制的钢板进行了冲击实 验，具体化学成分和工艺参数详见表4 3 、表4 4 。 表4 3 实验用钢的化学成分( 质量分数，) t a b l e4 3c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so f t e s ts t e e l ( m a s s ，) 垦量坐l 里一! !垒盟 里 a 3 l 0 1 1 3 1 6 0 7 0 6 7 7 0 0 0 7 4 0 0 1 0 1 。0 0 1 6 0 0 2 6 3 0 0 0 7 3 0 0 0 4 3 表4 4 冲击试样的热轧实验方案 t a b l e4 4h o tr o l l i n gp a r a m e t e r so fi m p a c ts p e c i m e n 钢编 开轧温度终轧湿度 冷却速度卷取澡度 变形制度 静号 ( ) ( )( s )()nnm) i11 5 0 8 5 0 6 0 4 0 0 4 0 一2 8 2 0 1 4 。l o _ 8 7 5 a 3 2t1 5 0 8 0 0 6 04 0 0 4 0 一2 8 2 0 1 4 。l o 。s 。7 _ 5 l 竖翌一一一旦 ! 唑 ! 竖：苎= ! 竺! 兰= ! 坚兰= ：= i a 不同终轧温度下双相钢冲击性能的变化规律 h 蜜 幢 是 篓 3 4 要 雷驾 粪薹 1 2 s 0 m 御蜘啪s t om 8 4 0 鼬 终轧温度 圈4 1 0 不同终轧温度对实验用锱冲击韧性的影响 f g 4 t 1 0e f f e c to f d i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r eo ni m p a c td u c t i l i t y 图4 1 0 为不同终轧温度下实验用钢冲击性能的变化曲线，从图中可以看出： 一一一一 5 0 m&卯艟拍聪啦町潞甄 辽宁科技大学硕士论文 第4 章变形温度对热轧双相钢组织性能的影响 随着终轧温度的不断升高，冲击试样横向的冲击功从3 6 j 下降到2 0 j ，纵向冲击功 从5 0 j 降低到3 8 j ，这主要是由于随着终轧温度的升高，铁素体晶粒粗大，马氏体 体积分数也随之升高，试样的强度升高而塑性下降，导致了试样的冲击韧性下降。 通过实验用钢纵向取样的冲击功与横向取样冲击功相比对可以得知：实验用钢的 纵向冲击性能要比横向冲击性能高，这主要由于纵向豹显微组织呈纤维状分布， 使得纵向冲击功较高。 b 不同终轧温度下冲击试样的断口分析 图4 1 l 不同终轧温度r 冲击实验断口形貌 ( a ) a 3 1 纵向；( b ) a 3 2 纵向：( c ) a 3 3 纵向；o ) a 3 1 横向：( e ) a 3 2 横向；( f ) a 3 3 横向 f i g 4 11f r a c t u r ep a t t e r n su n d e rd i f f e r e n tf i n i s h i n gt e m p e r a t u r e 辽宁科技大学硕士论文第4 章变形温度对热轧双相钢组织性能的影响 为了更进一步地分析冲击试样发生断裂的原因，本文对冲击断口进行了断口 形貌观察，图4 1 l 为不同终轧温度下的冲击试祥断口形貌。图4 1 1 ( a ) 中断口形貌 特征为熊理裂纹，该断翻属于解理断口。解理裂纹在铁索体中扩展，当裂纹扩展 遇到马氏体时，受到马氏体的阻碍，裂纹发生转折或绕过马氏体，终止于马氏体 边界。同时裂纹扩展也受到铁索体晶界的阻碍，过晶界时裂纹扩展转向另一解理 面。通过观察发现断口上还存在着微裂纹，这些微裂纹造成了应力集中，导致了 该试样的冲击韧性下降。图4 1 1 ( b ) 的断口形貌特征主要为解理裂纹上分布着大小 不一的韧窝，因此这种断口应属于解理韧窝型混合断嗣，之所以会产生这种混 合型断口主要是由于马氏体体积分数较高时，马氏体对铁素体变形的限镑4 程度加 大，马氏体和铁素体边界的应力集中增大，甚至出现裂纹，此时，铁素体变形困 难，应力集中加大，在某些地方出现解理断裂，造成了解理加韧窝的混合型断口， 使冲击韧性下降。图4 1 l ( c ) 的断口形貌特征为韧窝型断目，通过观察发现在较大 的韧窝之间还分布着一些小的韧窝。韧寓的大小、深浅及数量取决于材料断裂时 夹杂物或第二相粒子大小、间距、数量及材料的塑性和试验温度。韧窝尺寸小则 说明夹杂物或第二相粒子多。韧窝尺寸大且深，则说明夹杂物或第二相粒子少。 在材料的塑性及其它实验条件相同的情况下，第二稠粒子大，韧窝泣大；粒子小， 韧窝也小。图4 1 1 ( d ) 的断日形貌较为复杂，可以清晰地看到即有大小不一的韧窝 存在，又有解理裂纹的存在。通过仔细观察发现在韧窝上有少量的夹杂物存在， 此外还有微裂纹的存在，这是实验用钢的冲击性能下降主要原因之一。图4 1 1 ( e ) 的断日形貌主要为解理断口，通过观察发现断口上存在一些微小的夹杂物。图 4 1 l ( f ) 的断口形貌为河流状花纹，并且在断口上还有微裂纹的存在，可以确定这些 微裂纹就是产生这些河流状花纹的源，由于微裂纹的存在造成了材料断裂过程中 的应力集中导致了冲击性能的下降。 4 4 不同卷取温度对组织