【摘 要】
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双相钢是汽车行业应用最广泛的先进高强钢,目前用于车身制造的双相钢一般通过冷轧退火方式生产,制造流程长、能耗大、合金成本较高。本文以低成本双相钢为研究对象,设计了流程简约化和合金减量化的成分体系,研究了高冷速下铁素体-马氏体双相组织转变规律,揭示了铌对双相组织形成的影响,对比了热轧与冷轧流程双相钢的组织性能差异,分析了不同条件下双相钢力学行为,为低成本双相钢的工业化生产提供了工艺参考和理论依据。实现
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双相钢是汽车行业应用最广泛的先进高强钢,目前用于车身制造的双相钢一般通过冷轧退火方式生产,制造流程长、能耗大、合金成本较高。本文以低成本双相钢为研究对象,设计了流程简约化和合金减量化的成分体系,研究了高冷速下铁素体-马氏体双相组织转变规律,揭示了铌对双相组织形成的影响,对比了热轧与冷轧流程双相钢的组织性能差异,分析了不同条件下双相钢力学行为,为低成本双相钢的工业化生产提供了工艺参考和理论依据。实现了双相钢流程简约化和合金减量化,设计了两种成分体系:C-Mn-Nb-Cr系通过Fe-Fe3C相图包晶区以下碳元素设计,满足薄板坯连铸连轧流程简约化生产要求,通过铌元素调控,以细晶强化方式来弥补降碳造成的强度损失;C-Mn-Si-Cr系通过碳、锰元素和马氏体体积分数来实现不同强度级别调控。通过热模拟实验得到双相组织控制冷却工艺窗口:C-Mn-Si-Cr系铁素体转变温度560730℃,马氏体转变温度≤400℃,马氏体转变冷速≥50℃/s;C-Mn-Nb-Cr系铁素体转变温度650730℃,马氏体转变温度≤400℃,马氏体转变冷速≥50℃/s。阐述了高冷速下双相组织的转变规律和强化机制。随着终轧温度升高,细晶强化效果减弱,位错强化效果增加,当终轧温度超过830℃后,位错强化增幅大于细晶强化降幅。随着等温温度升高,铁素体转变量降低,快冷后马氏体体积分数升高;随着等温时间的延长,铁素体转变量升高且晶粒尺寸增大。描述了铌对实验钢组织和性能的影响规律。添加铌后,降低了过冷奥氏体稳定性,促进了铁素体相变,使快冷后的马氏体体积分数下降;NbC析出消耗了过冷奥氏体中的碳,使马氏体碳含量浓度下降,导致双相钢强度下降;铌能细化奥氏体晶粒,但随着铌含量的增加,细化效果减弱,NbC在奥氏体未再结晶区轧制中析出,增加了亚晶界等部位的晶格畸变能,促进了扩散性相变,使等温过程中铁素体晶粒尺寸增大。分析了热轧流程和冷轧流程双相钢的组织和性能差异。热轧双相钢中Nb、Ti析出物钉扎晶界,细化晶粒并促进形核,铁素体尺寸相对较小;冷轧双相钢马氏体岛由冷轧后破碎珠光体重新奥氏体化后快冷得到,马氏体尺寸相对细小。热轧双相钢软硬两相之间的协调变形能力更优、抵抗裂纹扩展能力更强,延伸凸缘性能可达到冷轧双相钢的2倍。研究了热轧双相钢在不同受力条件下的力学行为,开展了预应变拉伸实验和低周疲劳试验。预应变量使铁素体位错密度增加,并在铁素体/马氏体相界面塞积。总预应变量相同的情况下,二次预应变试样的铁素体位错密度明显低于一次预应变试样。低周疲劳条件下,热轧双相钢具有很好的塑性应变能,抵抗循环变形能力优良。
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