6-铬对冷轧双相钢组织和性能的影响
～试验研究～
铬对冷轧双相钢组织和性能的影响
庞海轮, 张学辉
1
2, 3
, 洪永昌
1
(1. 安徽工业大学材料科学与工程学院, 安徽马鞍山243002;
430080)
2. 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京100083; 3. 武汉钢铁集团, 湖北武汉
摘 要:研究了铬合金化的C 2Mn 双相钢和普通C 2Mn 双相钢经不同工艺退火后的组织和力学性能, 讨论了合金元素Cr 对双相钢的淬透性及双相组织中马氏体体积分数和马氏体形貌的影响规律。试验结
果表明, 与经相同工艺退火的C 2Mn 双相钢相比, Cr 的加入可以提高其空冷条件下钢中马氏体的体积分数, 并改变马氏体的形态, 从而提高了在高强度水平下双相钢的塑性。
关键词:双相钢; 退火; 组织; 性能; 铬中图分类号:TG142. 7 文献标识码:A 文章编号:100821690(2009) [1**********]
Effect of Chrom i um on M i crostructure and Property of
Cold 2rolled D ua lpha se Steel
P ANG Hai 2lun , ZHANG Xue 2hui , HONG Yong 2chang
1
2, 3
1
(1. School of Materials Science &Engineering, Anhui University of Technol ogy ,Ma ′243002, Anhui; 2. School of Materials Science and Engineering, University of and Beijing 100083;
3. W uhan Ir on and Steel Co . , Abstract:M icr ostructures and mechanical p r operties chr om iu m and conventi onal C 2Mn dual phase steel which were p investigated . The la w of effect of all oy ele 2 收稿日期:作者简介:(2) , 男, 山东人, 硕士研究生, 主要从事金属材料的研究。
联系人:洪永昌, 男, 上海人, 教授。联系电话:[1**********] E 2mail:hyc9303@ahut . edu . cn
制时产生组织缺陷。
Nb 的偏析度常大于1. 1, 这说明在连铸坯中出
Mn 、Nb 等的偏析以及组织疏松, 造成热轧空冷试样
中存在大量的长条状MnS 夹杂物、块状铌、钛的碳化物和条带状马氏体组织, 局部力学性能差异过大, 致使在缺陷集中分布的显微组织层面上产生开裂和分层。提高冶炼质量和严格控制连铸工艺, 可以改善并最终消除拉伸分层现象。
参考文献
[1]高宽心. Q345B 钢中厚板表面的纵裂纹分析[J ].理化检验2物
现了Nb 的偏析, 容易在随后的轧制过程中形成大颗粒状的含Nb 夹杂物。Ti 的偏析度均小于1. 1, 较为理想。
以上原位分析的主要结果, 与金相观察和能谱分析的结果基本一致。各种分析手段一致证实, Q345B 钢连铸坯中主要微合金元素C 、Mn 、Nb 等的
偏析, 造成热轧空冷试样中存在大量的长条状MnS 夹杂物、块状铌、钛的碳化物和条带状马氏体组织, 造成局部力学性能差异过大, 致使在缺陷集中分布的显微组织层面上产生开裂和分层。
理分册, 2007, 43(8) :391.
[2]Zhou L, Zhu S L. Devel opment of a strain induced p lanar fil m tex 2
ture as revealed by molecular dyna m ics si m ulati on [J ].Scri p ta, Materialia, 2002, 47:677.
[3]杨志军, 王海舟. 用原位分析方法研究连铸板坯的偏析和夹杂
[J ].钢铁, 2003, 38(3) :61.
[4]王海舟, 原位统计分布分析2材料研究及质量判据的新技术
[J ].中国科学(B 辑) , 2002, 32(6) :483.
[5]王海舟, 李美玲, 陈吉文, 等. 连铸钢坯质量的原位统计分布分
3 结论
利用光学金相, 扫描电镜, 能谱分析以及原位分析等手段对Q345B 钢轧后拉伸试样分层现象的研究结果表明:Q345B 钢连铸坯中主要微合金元素C 、
・46・
析研究[J ].中国工程科学, 2003, 5(10) :34242.
《热处理》 2009年第24卷 第1期
ment Cr on the hardenability of dual phase steels and the valume fracti on and the mor phol ogy of martensite in dual 2phase was discussed . The experi m ental results reveal that compared with C 2Mn dual phase steel subjected t o the sa me annealing the additi on of chr om iu m will increase the valume fracti on of martensite and change the mor phol ogy of martensite f or the dual phase steel after air 2cooling, thus enhancing the p lastisity of dual phase steel with a high strength level .
Key W ords:dual phase steel; annealing; m icr ostructure; p r operty; chr om iu m
进入21世纪, 汽车正在向高安全性、高寿命、经济环保等方向发展。双相钢以其低的屈强比、高的加工硬化速率、良好的强度和延性配合, 以及良好的塑性和冲压性能等力学性能特点, 在汽车制造工业中得到了广泛的应用。
然而传统的冷轧双相钢板为了得到较高的强度, 往往通过增加含碳量, 并以合金元素Si 作为提高钢的淬透性和固溶强化元素在双相钢中得到了广
[4]
泛的应用。但是随着钢的含碳量的增加, 必然导致钢的塑性、成型性以及焊接性的降低。近来的研
[5]
究还发现, 高的含Si 量还将导致冷轧双相钢表面镀锌性能的降低。因此, 目前大量的研究工作试图
[6～8]
开发高强度的低碳低Si 冷轧镀锌双相钢。为了在低碳低Si 的成分条件下实现高强度目标, 必然要加入合金元素来提高钢的淬透性和强度素Cr 产中的冷却条件下, 。同
[1～3]
时Cr 也是很好的固溶强化元素, 可进一步提高钢的强度。本文对比分析了两种不同成分的双相钢在不同热处理条件下的组织变化规律以及力学性能, 重点分析了合金元素Cr 的加入对冷轧双相钢组织和性能的影响规律, 供进一步研究开发低碳低Si 冷轧镀锌双相钢时参考。
1 试验材料与方法
1. 1 试验材料
两种试验用钢的化学成分如表1所示。真空冶炼后的钢锭经1300℃加热锻打, 获得尺寸为300mm ×120mm ×30mm , 然后将锻坯再经7
3, 1mm 厚1mm 的金相试样, 沿轧制方向截
, 按G B /T22822002要求加工成如图1所示的拉伸试样, 测定其力学性能。
表1 两种试验钢的化学成分(质量分数, %)
Tab l e 1 C hem i ca l com po s iti o n o f t w o te sted stee ls (w t%)
编号
DP 2C Mn DP 2Cr
C 0. 10～0. 110. 08～0. 09
Mn 1. 8～2. 01. 5～1. 8
Si
Cr
Mo
Nb
P 0. 0050. 005
S 0. 0060.
006
图1 标准拉伸试样
Fig . 1 Standard tensile s peci m en
1. 2 试验方法
将截取的试样在由精密温度控制仪控温的SRJX 2429箱式电阻炉中分别加热到760℃、780℃、800℃、820℃, 保温15m in, 然后分别水冷和空冷至室
相显微镜和LEO 21450扫描电镜下进行组织观察分析, 利用OLYC I A M3软件对双相组织中的马氏体(M ) 和铁素体(F ) 的晶粒尺寸进行定量金相分析和测定, 并计算出马氏体体积分数(MVF ) 。
温。利用ET C 2T C01测温装置及相应软件Lab V I E W SignalExp ress 测量计算冷轧薄片在水冷、空冷条件下
2 结果与分析
2. 1 合金元素C r 对双相钢MVF 和F 晶粒尺寸的
的冷却速率。
采用Lepera 试剂和硝酸酒精溶液浸蚀经不同工艺热处理后制成的金相试样, 在OLY MP US 2BX51金
影响
图2(a ) 和(b ) 分别为两种试验钢在不同热处理条件下,MVF 和F 的平均晶粒尺寸随温度的变化曲
・47・
《热处理》 2009年第24卷 第1期
线。由图2(a ) 可知, 两种试验钢在水冷条件下的马氏体体积分数均大于空冷条件下的。然而在相同加热条件下经水冷的DP 2C Mn 钢的MVF 随加热温度增加的趋势要比DP 2Cr 钢明显, 原因是Cr 为碳化物
形成元素, 无论在原始组织中以固溶的形式存在于
F 中, 还是以合金碳化物的形式存在都会阻碍碳的
[9]
扩散, 从而降低了奥氏体的形成速度
。
图2 两种试验钢MVF (a ) 和铁素体晶粒尺寸(b ) 与加热温度的关系
Fig . 2 Variati on of MVF (a ) and ferrite grain size (b ) with heat te mperature f or t w o tested steels
试验结果表明, 加热至820℃水冷后, DP 2C Mn
钢获得的组织基本都为M , 而DP 2Cr 钢组织中还含有较多的F, 由此可以看出含碳量较低的DP 2Cr 钢的完全奥氏体化温度高于DP 2C Mn 钢, 是由于Cr 的加入提高了钢的A 3点所致; 比较在空冷条件下, DP Cr 钢经不同温度加热并冷却后的DP 2C Mn /s, 5. 4℃/s 。, 可以采用水冷条件下的MVF 与空冷条件下的MVF 的差值△MVF 作为评定淬透性的标准。比较可以看出, 在较低温度加热的DP 2Cr 钢冷却后, 其△MVF 略小于DP 2C Mn 钢, 而在加热温度较高时则明显小于DP 2C Mn 钢的△MVF, 由此进一步说明, DP 2Cr 钢冷却过程中在两相区获得的奥氏体更易于转变为M , 而DP 2C Mn 钢则有更多的先共析铁素体生成。DP 2Cr 钢在碳锰含量均低于DP 2C Mn 钢的情况下, 淬透性优于DP 2C Mn 钢, 说明了Cr 元素的加入明显提高了钢的淬透性。
由图2(b ) 可以看出, 两种试验钢在不同加热温度下F 平均晶粒尺寸都很小, 且空冷条件下的F 晶粒尺寸均大于相同加热温度水冷条件下的F 晶粒尺寸。这是由于在空冷条件下形成先共析F 、A 2F 相界面不断向A 延伸的结果。两种试验钢在较低温度760℃、780℃加热并水冷后F 晶粒尺寸相差不多。但在空冷条件下, 在加热温度为760℃时, DP 2Cr 钢的F 晶粒尺寸比DP 2C Mn 钢的大; 而在780℃加热时二者F 晶粒尺寸相差不大。说明Cr 的加
・48・
入在较低温度下阻碍了晶界的迁移; 而在较高温度
800℃、820℃加热并水冷后, F 晶粒。2. r (c ) 、(d ) 分别为两种试验用钢(a ℃保温15m in 水冷后的光学金相(OM ) 和扫描电镜(SE M ) 显微组织。经Lepera 试剂腐蚀, 在金相显微镜下观察, F 呈白色且分布较均匀; 而M 主要分布在F 晶界上, 相比较, DP 2C Mn 钢组织较DP 2Cr 钢均匀, 如图3(a ) 和图3(b ) 所示。经硝酸酒精腐蚀后在扫描电镜下进一步观察分析表明, F 呈黑色多边形等轴状,M 为亮白色, 无其他组织出现。所不同的是, 在DP 2C Mn 钢中,M 呈连续状包围F 晶粒, 而在DP 2Cr 钢中,M 呈小岛状断续分布于F 中, 如图3(c ) 和图3(d ) 所示。
对照图2试验结果可知, 在加热温度相同时, DP 2C Mn 钢和DP 2Cr 钢不仅MVF 存在差别, 而且两相的组织形态及M 的分布均有较大差别。DP 2C Mn 钢中形成的M 呈连续状分布在F 的晶界, 而在DP 2Cr 钢中, 形成的M 小岛呈分散分布。
(b ) 和图4(c ) 、(d ) 分别为两种试验图4(a ) 、
钢加热到760℃保温15m in 空冷后的金相和扫描电镜组织。经金相、扫描电镜观察比较和测定, 形成M 小岛的数量不但少于水冷条件下的, 而且尺寸较小, 获得的F 的尺寸则大于水冷条件下的。试验结果表明, 双相钢中, 在相同加热温度不同冷却条件下, 适量Cr 元素的加入可改变钢的组织的形态和数量, 从而影响其力学性能。
《热处理》 2009年第24卷 第1期
图3 两种试验钢在760℃加热然后水冷后的显微组织
(a ) D P 2CM n 钢(金相) (b ) D P 2C r 钢(金相) (c ) D P 2CM n 钢(扫描电镜) (d ) P (扫描电镜)
Fig . 3 M icstructures of t w o tested steel heated at ℃(a ) DP 2C Mn steel (OM ) (b ) DP 2Cr steel (OM ) (c ) C (SE (SE M
)
图4 两种试验钢在760℃加热然后空冷后的显微组织
(a ) D P 2CM n 钢(金相) (b ) D P 2C r 钢(金相) (c ) D P 2CM n 钢(扫描电镜) (d ) D P 2C r 钢(扫描电镜)
Fig . 4 M icstructures of t w o tested steel heated at 760℃and subsequenlty air 2cooled
(a ) DP 2C Mn steel (OM ) (b ) DP 2Cr steel (OM ) (c ) DP 2C M n steel (SE M ) (d ) DP 2Cr steel (SE M )
《热处理》 2009年第24卷 第1期
・49・
2. 3 合金元素C r 对双相钢拉伸性能的影响DP 2C Mn 钢中, 形成的M 是连续地包围F 晶粒, 呈岛
表2为两种试验钢经相同温度760℃加热并水
[10]
冷和空冷后的力学性能。以往的研究表明, 一般认为双相钢的MVF 控制在20%～30%左右, 在保证得到较高强度的基础上可获得较好的综合力学性能。
比较本试验结果可知, 在相同加热温度水冷条件下, DP 2Cr 钢的强度比DP 2C Mn 钢的高, 屈强比则比后者更低, 断后伸长率也远大于DP 2C Mn 钢。结合图3的显微组织分析可知, 这主要与两种试验钢在此条件下形成的M 的形态和分布不同有关。在
链状, 裂纹扩展过程是与开裂的M 相邻接的F 晶粒
[11]
的解理, 最终断裂是以脆性断裂的方式发生。而对于断后伸长率达到21%的DP 2Cr 钢, 由于形成的M 呈断链小岛状分布于F 中, 导致在变形过程中更有利于塑性流变, 初始裂纹尖端由于塑性变形而钝化, 从而以微孔相连的延性方式断裂。说明了Cr 元素的加入一方面起到了固溶强化的作用, 另一方面可通过改变钢的相变温度以及改变M 的形态和分布, 来提高钢的强度和塑性。
表2 不同热处理工艺条件下两种试验钢的力学性能
Ta b l e 2 M echa n i ca l p r op e rti e s o f t w o te s ted s tee l a fte r hea t 2tre a ti ng a t dffe ren t p r o ce s se s
钢种
DP 2C M n DP 2Cr
加热温度及冷却方式760℃, 水冷760℃, 空冷
760℃, 水冷760℃, 空冷
R P /MPaR m /MPa R P /R m A (%)
[1**********]1
[1**********]2
0. 480. 530. 420. 47
12272128
对比两种试验钢在760℃加热和空冷后的拉伸性能可知, 虽然强度低于水冷的, 但断后伸长率却大于水冷的。然而在空冷条件下, 由于两种试验钢测得的MVF 几乎相等, 而其拉伸性能基本取决于MVF, 所以两种试验钢在强度和塑性方面相差不大。综合比较试验结果可知, 基础上, DP 2Cr 钢在760℃, 。
phase Steels[M].Kott R A and Moriss J W , eds . , A I M E , Ne w York , NY, 1979:1452182.
[2]陈连生, 那顺桑, 狄国标, 等. Nb 2Ti 微合金双
[, 2007, 28(3) :10213.
[3[J ].世界钢
, 1) [], Prietner R. Retained austenite in dual phase silicon
steel and its effect on mechanical p r operties [J ].Journal ofMa 2terialsPr ocessing Technol ogy, 2001, 113(6) :5872593.
[5]郝晓东, 张启富. 诱导塑性钢热镀锌的研究进展[J ]材料保护,
2007, 40(1) :46249.
[6]张理扬, 李 俊, 左 良. 汽车用合金化热镀锌钢板的发展趋向
[J ].钢铁钒钛, 2004, 25(4) :15220.
[7]尹显东, 张立芬, 黄大鹏, 等. 新型实用热镀锌双相钢(RDP600)
3 结论
在加热温度相同、水冷的条件下, DP 2Cr 钢的
MVF 小于DP 2C Mn 钢, 而在空冷条件下其MVF 却大于DP 2C Mn 钢, 说明Cr 元素的加入明显提高了双相钢的淬透性。通过Cr 元素的加入改变了一定条件下的M 的形态和分布, 提高了双相钢在高强度水平下的塑性。
参考文献
[1]
Speich G R and M iller B L. Structure and Pr operties of Dual 2
的试验研究[J ].汽车工艺与材料, 2006, (6) :11212.
[8]程东妹, 郝晓东, 俞钢强. 双相钢热镀锌工艺现状[J ], 轧钢,
2007, 24(4) :51254
[9]刘永铨. 钢的热处理[M].北京:冶金工业出版社. 1986. [10]曹同友. 双相碳钢性能与马氏体含量和晶粒大小关系初析
[J ].钢铁研究, 2006, 34(4) :24227.
[11]马鸣图, 吴宝榕. 双相钢2物理和力学冶金[M].北京:冶金工
业出版社, 1988:1692176.
～动态与信息～ 2009第八届大连国际铸造、工业炉及热处理展览会
展出时间:2009年5月12日～14日
参展范围:(1) 各种优质铸锻件、汽车、摩托车用铸件、铸阀门、灰口铸件、球墨铸件、可锻铸件、铸钢件、合金铸件、精密铸件、压铸件、轧辊、铸铁管、钢锭模、艺术铸件、耐磨铸件、有色及特种铸件、灰铁、球墨铸铁等; (2) 铸造压铸材料, 工业炉, 铸造、热处理及工业炉行业检测仪表设备, 环保技术设备。
主办方:中国机电产品进出口商会、中国五矿化工进出口商、辽宁省人民政府承办方:大连华展展览服务有限公司・张恒华・
・50・
《热处理》 2009年第24卷 第1期