汽车用冷轧TRIP钢及攀钢生产的可行性研究

攀 钢 技 术 1 汽车用冷轧 及 攀钢生产 的可行性 研究 高 顺 （攀钢 集团 研究院 有限公司 ） 摘 要 ： 是一种具有 大 塑性的高强钢，通过 应使 钢中 残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体生核和形成，并产生局部硬化，继而变形不再集中在局部 ，使相变均匀扩散到整个材料以提高钢板的强度和塑性，作为汽车用钢 应用前景十分广阔。介绍了 的成分 和性能 ， 应 等，并重点对攀钢 开发 关键词 ： 车用钢；力学性能 0 引 言 板具有高的屈服强 度和抗拉强度，冲压成形 性 能 好 ，作为汽车用钢具有明显的优越性。随着生产工艺的不断完善， 板 已经实现了 大规模工业化生产，近几年 在工业发达国家受到高度重视，对其研究开发及应用的进展很快。如德国已研究出热镀锌 ，并且 级别的钢 种 已经商业化生产；韩国浦项已经研制出强度 800、 1000、 1200 别的冷轧； 热轧 正在工业试制 1 。 日本开发出了 740 1470 的贝氏体铁 素体 2 。 与此同时， 国内研 究机构对 取得了 很 大进步，有些领域甚至处于国际领先水平。 国内研究 的主要单位有北京科技大学、上海大学、东北大学、宝钢、鞍钢、武钢、首钢等 3 。北京科技大学和鞍钢建立了汽车板合作研发平台，对 进行了研究，并且已经能够生产冷轧 ， 冷轧 也正在加紧进行工业试制， 1000 试 验室试制成功。宝钢已能生产 780 别的冷轧和热镀锌 ，正在研发 980 冷轧 。武钢开发 的 主要用于制造“软体 ”结构件，其中 500700 钢种已开始商业化生产，而 800 钢通过 试 验室研发， 冷轧 、镀锌 可以达到 800 4 。 笔者 在分析 的主要特点的基础上 研究 了攀钢冷轧 板生产工艺 的 可行性，为 攀钢 开发冷轧 板作技术准备。 1 化学成分 的主要化学成分为 、 i、 n， 为了提高强度， 一般添加 P 等元素， 典型 的化学成分如表 所示 5。 表 的化学成分 % 类别 C n P V 2 2010 年第 33卷第 1 期 在加工变形过程中，随着变形诱发钢中残余 奥氏体 向 马氏体 转变而产生的逐渐硬化，变形不 再 集中于局部，而是扩散至整体并达到均匀，这一现象称为相变诱发塑性效应（ 简称 6 。 残余 奥氏体 转变成高强度的高碳马氏体，同时伴随着体积膨胀，两种效应均 导致 塑性不稳定 性 ，使均匀延伸率提高。 能特点 铁 素体 是软相，在拉伸过程中能协调 贝氏体 的变形； 贝氏体 能提高 强度； 奥氏体 在室温拉伸时转化成 马氏体 ， 马氏体 相变产生应力松弛，使 塑性 增加，另外相变生成的 马氏体 又能强化 使 强度 提高。因此， 具有高强度的同时还具有优异的塑性。 服强度 (40 860 拉强度 (10 1080 长率 (A)22% 37%。 表 是国内外各钢厂生产 的 力学性能 7。 表 力学 性能 厂家 m/ A/ 宝钢 473 658 1582 14 628 34 21101 450 590 32 90 610 34 20740 00 627 19114 380 600 26 2 冷轧 生产工艺 及 关键 参数 冷轧 生产工艺 一般是在冷轧后通过热处理方法得到 织，其工艺可概括为两相区退火 贝氏体区等温 。 加热到两相区温度获得 50%左右铁素体 50%左右的 奥氏体 ，然后保温一 段时间，让和其它合金元素充分扩散，以获得稳定的残余 奥氏体 ，然后快速冷却，以避免形成珠光体，到 贝氏体区 保 温 一段时间，在此期间 奥氏体 发生 贝氏体 转变，进一步向 奥氏体 扩散，使 得 残余 奥氏体 更加稳定，在后续的冷却 过程中不会转化成 马氏体，最后冷却 到 室温，得到 织 8 。此工艺的关键参数为 临界 退火温度、 贝氏体区等温 处理温度和冷却速度。以 800 的 产为例 9 ， 830C 时的 线如图所示。其化学成分见表 。 根据 线 ， 将缓冷段和快冷段的冷速 分别 设定为 20 C/s 和 40 C/s。临界区退火温度分别为 830、 820、 800 C 和 780 C ， 贝氏体区等温 处理温度分别为 400、 390、 380 C ，退火时间和 贝氏体区等温 时间分别为 120 s 和 400 s，12 种 退火工艺如图所示。 对各种热处理工艺的研究结果发现， 的成形性（ A 值 ）对于退火温度的变化比较敏感，而对于 贝氏体区等温 温度的变化则不敏感。因此只要退火温度能够控制在一个合理的窄小的范围内，即使 贝氏体区等温 温度出现较大波动或者取一个温度 范围，也能够获得合格的材料性能。 12 种退火工艺中获得成形性最好的冷轧 的抗拉强度为 840 其完整退火工艺为为 830 C 退火 120 s 后，以 20 C/s 的冷速缓冷至 700 C ，再以 40 C/s 冷速快速冷至 400 C ，在 400 C 下等温处理 400 s 后，以 20 C/s 冷至室温。 图 1 30 C 的 线 攀 钢 技 术 3 表 3 化学成分 % C S l P S 2 冷轧 续退火工艺 3 攀钢生产冷轧 的可行 性 成分设计及工艺路线 为了研究攀钢生产冷轧 的可行性， 在上述 800 成分 的基础上，根据攀钢生产实际适当放宽了 P 和 S 元素的成分范围， 设计了 表 4 所示 的化学 成分 ，利用 验公式 10计算 试 验用钢的 度 ，分别为734 C 和 887 C 。 C )=910210 (1) C )=7239290 (2) 表 4 化学成分 % C l P S 于 两相区退火温度在 (2+20 C 时 可获得 较多 残余奥氏体的量，因此退火温度选在830 C 。选择退火工艺如下： 830 C 退火 120 s 后，以 40 C /s 冷速快冷至 400 C ，在 400 C 下等温处理 180 s 后，以 20 C /s 冷至室温，见图 3。 关键工序 可行性分析 连续退火工艺是冷轧 生产工艺控制的核心部分。连续退火工艺直接影响 的微观组织， 的微观组织又直接决定着其力学性能。 下面将 对 连续退火工序进行 重点 分析。 (1)攀钢 冷轧厂 1 号 连续退火生产 线 现代的连续退火生产线配备有灵活的冷却段和过时效区，因而特别适合 于 种的生产。而 攀钢冷轧厂 1 号线原为热镀锌线，后增加了 过时效段和二次冷却段， 将其改为镀锌和连退两用机组 。 连续退火炉的机组速度较低，一般在 100 m/由于可用于改造的空间有限，过时效段和二次冷却段采用了较小的炉辊 (直径 900 进一步降低了机组速度，设计最高速度为 60 m/加热方式为直火加热，加热和保温时间均较短，即升温速度快，保温时间短；快冷采用的是喷气冷却，冷却速度较慢 (5 40 C/s)， 主要参数见表 5。而典型的连退机组速度一般在 200 m/上，冷却速度一般 大 于 50 C/s， 可见改造后的连退机组与专业连退机组有明显差异，无法实现常规连退机组的全部功能，这将给生产 带来很大的困难。 表 5 1 号连续退火炉主要参数 长度 /m 炉温 /C 入口段 预热段 加热段 200 还原段 27 930 缓冷段 850 快冷段 15 400 低温保持段 27 550 转向辊段 840 需要在 两相区 (830 C)保温 120 s，然后时间 /s 度/830C 120s 400C 180s 20C /s 图 3 冷轧 火 处理工艺 40 /s 4 2010 年第 33卷第 1 期 快冷到贝氏体区 (400 C 左右 )，其温差为 430 C，其冷却速度需要达到 40 C/s 以上 才能避开珠光体转变区，如果机组速度为 30 m/温区至少需要 60 m，而 1 号线连续退火炉 还原段只有 27 m，远小于 60 m，可见 如果要生产 必须增加退火炉长度，而由于空间限制以及 1 号线连续退火炉为卧式退火炉，增加退火炉长度无法做到。而改为立式退火炉在技术上可以解决此问题，但成本太高，经济上不可行，因此在 1 号线上生产 不可行。 (2)攀钢 西昌冷轧连退机组 攀钢西昌冷轧连退机组处理能力 约 100 万 t/a，主要为汽车用钢，预热段将带钢加热到 120150 C ， 加热段控制温度 900 930 C ，带钢出炉温度 160 210 C ，工艺段机组设计最高速度 450 m/续 退火炉主要 参数 如表 6 所示。 考虑到 攀钢 西昌冷轧连退机组具有缓冷段， 为 表 6 西昌 冷轧连续退火炉主要参数 长度 /m 炉温 /C 预热段 67 120 150 加热段 720 900 930 均热段 300 930 缓冷段 81 一次冷却段 27 过时效段 960 二次冷却段 180 160 210 避免珠光体的生成 ， 缓冷段 冷速 应不小于 15 C/s，考虑 退 火 机组 的冷却 能力 ， 将缓冷段的冷速确定为20 C/s，并且以 20C/s 冷速缓冷到 630 C 以上均在铁素体转变区，故 将 的退火工艺修改为：830 C 退火 120 s 后，以 20 C /s 的冷速缓冷至630 C ，再以 40 C /s 冷速快冷至 400 C ，在 400 80 s 后，以 20 C /s 冷至室温。机组速度为 300 m/ 所需退火炉 加热段为 340 m， 均热段 600 m， 一 次冷却段 28 m， 过时效段 900 m。由于加热段后段可以作为均热段使用，因此攀钢 西昌冷轧连退机组 可以满足生产 的需要。 4 结论 1) 的主要 成分为 ， i， n， 其生产工艺的核心部分是两相区退火 贝氏体 区等温，关键参数是退火温度、 贝氏体 区等温处理温度和冷却速度。 2) 作汽车用钢的应用前景十分广阔，目前我国已能够生产 600 800 别的冷轧 ，今后应着重研究 980 以上级别的 。 3) 由于攀钢冷轧厂 1 号线 连 续 退 火炉无法满足 的退火工艺需要，攀钢冷轧厂 1 号线无法生产冷轧 ， 而攀钢 西昌冷轧 连退机组 可以生产冷轧 。 参考文献 1 徐国群 J 冶金信息导刊， 2002，（ 2） ： 122 et no 2007， 47(9)： 1357 3 唐荻，熊自柳，江海涛相变诱导塑性钢的研究现状与发展方向 J鞍钢技术， 2008， 350(2)： 14 刘小燕 国内汽车钢板品种综述 J 世界金属导报， 2009， 1959（ 47）： 18. 5 景财年，王作成 J特殊钢， 2004， 25(4)： 1