600MPa級冷軋雙相鋼組織對其性能的影響

馬家艷 鄧照軍 林承江 關(guān) 云

(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080)

雙相鋼，主要由鐵素體和馬氏體組成，具有低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)度、連續(xù)屈服、優(yōu)良的延性等優(yōu)點(diǎn)，是一種成形性良好的高強(qiáng)度新型沖壓用鋼。其低強(qiáng)度級別、薄規(guī)格產(chǎn)品主要用于制作車身外部面板、車蓋板、車頂內(nèi)板、門外部面板、行李蓋板等，以改善沖壓成形性和壓痕抗力；高強(qiáng)度級別產(chǎn)品用于撞擊橫梁、保險(xiǎn)杠加強(qiáng)體、車輪的輪輻和輪盤，以減薄規(guī)格，降低路面噪聲和汽車總重量，從而降低油耗。雙相鋼分為冷軋雙相鋼和熱軋雙相鋼，其中冷軋雙相鋼更能適應(yīng)汽車減重節(jié)能的需求，一直受到國際鋼鐵制造業(yè)及相關(guān)行業(yè)的青睞[1-2]。

在工業(yè)生產(chǎn)中，工藝的改變會(huì)導(dǎo)致雙相鋼組織特征的改變，進(jìn)而決定性能好壞，因此研究組織與性能之間的關(guān)系是很有必要的，這必然為獲得綜合性能較好的產(chǎn)品提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)鋼為某廠生產(chǎn)的三卷600MPa級冷軋雙相鋼，其合金元素以Mn為主，主要化學(xué)成分如表1所示。生產(chǎn)冷軋雙相鋼的工藝流程主要為：煉鋼——連鑄——熱軋——酸洗——冷軋——連續(xù)退火。

從鋼卷上切取鋼板分別加工成80mm標(biāo)距的板狀拉伸試樣和金相試樣。金相試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后用Leica光學(xué)顯微鏡觀察組織形貌；并用Lepera試劑(1%的偏重亞硫酸鈉水溶液+4%的苦味酸酒精溶液)腐蝕后用圖像分析儀測定雙相鋼中馬氏體含量。制備透射電鏡薄膜試樣利用JEM-2100F型場發(fā)射透射電鏡對試樣的精細(xì)組織進(jìn)行觀察分析。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(%)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

表2列出了600MPa級冷軋雙相鋼的拉伸力學(xué)性能。由表2可見1#、2#、3#三個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度依次降低了69MPa和50MPa，屈服強(qiáng)度先降低55MPa，又升高了42MPa，延伸率依次升高。

表2 600MPa級冷軋熱雙相鋼的拉伸力學(xué)性能

2.2 金相組織觀察

圖1顯示了三卷雙相鋼在板厚1/4處及心部的金相組織形貌。結(jié)果表明：試樣組織類型均為鐵素體+島狀馬氏體，其中島的尺寸相當(dāng)，但數(shù)量和分布特征明顯不同：1#試樣中馬氏體數(shù)量最多，且沿厚度不同部位處均有帶狀偏析，心部偏析尤其嚴(yán)重，見圖1(a)、圖1(b)；2#試樣中馬氏體島數(shù)量較多，分布比較均勻，見圖1(c)、圖1(d)； 3#試樣中馬氏體數(shù)量少，存在部分馬氏體偏析帶，心部偏析較嚴(yán)重，見圖1(e)、圖1(f)。

為了對雙相組織中的馬氏體進(jìn)行定量分析，采用Lepera試劑對試樣進(jìn)行腐蝕，其組織形貌如圖2所示，其中鐵素體基體為灰色，馬氏體均呈現(xiàn)白色，島的形態(tài)分布特征與圖1中經(jīng)硝酸酒精腐蝕結(jié)果相符。1#試樣中馬氏體數(shù)量最多，馬氏體島呈帶狀分布，見圖2(a)；2#試樣中馬氏體島數(shù)量居中，分布最均勻,見圖2(b)； 3#試樣馬氏體數(shù)量最少,部分島呈帶狀分布，見圖2(c)。利用定量軟件對板厚1/4處馬氏體體積百分?jǐn)?shù)%進(jìn)行定量分析，1#、2#、3#樣中馬氏體的體積百分比分別為：13.87%、10.48%、6.49%。

圖2 試驗(yàn)鋼的金相組織(Lepera試劑腐蝕)

2.3 透射電鏡(TEM)精細(xì)組織觀察

為了觀察馬氏體島的精細(xì)組織，特制備透射電鏡薄膜試樣并用透射電鏡觀察了試驗(yàn)鋼的精細(xì)組織形貌，結(jié)果如圖3所示。1#試樣：組織為鐵素體+馬氏體島，位錯(cuò)密度較大，馬氏體島數(shù)量很多，而且不均勻的分布于鐵素體的晶界和晶內(nèi)，極少量馬氏體島發(fā)生碳化物分解，見圖3(a)、圖3(b)；2#試樣：組織為鐵素體+馬氏體島，位錯(cuò)密度小，馬氏體島數(shù)量較多，均勻分布于鐵素體晶界，發(fā)生分解的馬氏體島數(shù)量較多，其中少量島分解成貝氏體，見圖3(c)、圖3(d)；3#試樣：組織為鐵素體+馬氏體島，位錯(cuò)密度較大，馬氏體島數(shù)量很少，均勻分布于鐵素體晶界或晶內(nèi)，部分馬氏體島發(fā)生碳化物分解，見圖3(e)、圖3(f)。

3 分析與討論

根據(jù)企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，600MPa級DP鋼的性能指標(biāo)：屈服強(qiáng)度范圍為340～460MPa,抗拉強(qiáng)度范圍大于600MPa，延伸率大于20%。從表2可以看出，只有2#試樣性能合乎企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)且綜合性能最好，1#試樣抗拉強(qiáng)度偏高，而3#試樣的抗拉強(qiáng)度偏低。如何生產(chǎn)出性能合格的產(chǎn)品與組織的調(diào)控是密不可分的。眾所周知，雙相鋼的組織是由鐵素體軟相和馬氏體硬相組成的，軟相保證塑性，硬相保證強(qiáng)度。由圖2可以明顯看出三個(gè)試樣中馬氏體硬相的數(shù)量存在明顯不同，利用定量軟件對板厚1/4處馬氏體體積百分?jǐn)?shù)進(jìn)行定量分析，1#、2#、3#樣中馬氏體的體積百分比分別為：13.87%、10.48%、6.49%。結(jié)果表明：1#試樣馬氏體含量最高，抗拉強(qiáng)度最高，3#試樣馬氏體含量最少，抗拉強(qiáng)度最低。由此可見，馬氏體體積百分?jǐn)?shù)的差異是造成抗拉強(qiáng)度不同的主要原因，隨著馬氏體體積百分比增加，抗拉強(qiáng)度逐漸增加。三個(gè)試樣中馬氏體的分布狀態(tài)也存在較大差異：1#試樣心部存在較嚴(yán)重的偏析帶，容易引起沖壓開裂；2#試樣馬氏體分布較均勻，沖壓成型性能好。3#試樣也存在部分偏析帶，沖壓性能也不如2#好。

透射電鏡精細(xì)組織結(jié)果顯示，1#試樣中馬氏體島幾乎無碳化物分解，2#試樣中較多的馬氏體發(fā)生分解，部分已轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，3#試樣中少量島發(fā)生分解。當(dāng)島的百分比不變的情況下，馬氏體中碳化物析出越多，馬氏體中的含碳量下降的越多，那么試樣強(qiáng)度也就下降的越多。因此2#試樣在島的數(shù)量改變少的情況下而抗拉強(qiáng)度下降卻較多的原因歸于島內(nèi)有較多的碳化物分解。

2#試樣的屈服強(qiáng)度最低，碳化物分解最多，位錯(cuò)密度最小。主要推測有兩方面原因[3]：一方面，過時(shí)效溫度在三個(gè)試樣中應(yīng)最高，發(fā)生碳化物分解多，鐵素體中部分位錯(cuò)發(fā)生恢復(fù)，纏結(jié)在一起的位錯(cuò)容易形成亞結(jié)構(gòu)，使得屈服降低最快；另一方面，因?yàn)轳R氏體分解，產(chǎn)生體積收縮，降低殘留應(yīng)力，鐵素體中位錯(cuò)發(fā)生恢復(fù)和松弛，降低位錯(cuò)線上碳化物對可動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，使得屈服強(qiáng)度降低。

綜上所述，在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過連續(xù)退火工藝改變緩冷時(shí)間控制鐵素體及馬氏體的組織比例，及調(diào)整時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間控制馬氏體分解量，來獲得綜合性能較好的雙相鋼產(chǎn)品。

4 結(jié)論

本文利用金相顯微鏡和透射電鏡對三卷(1#、2#、3#)600MPa級的冷軋雙相鋼的顯微組織進(jìn)行了觀察并分析了組織與性能的關(guān)系：

(1)三卷雙相鋼中只有2#試樣性能合乎企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屈強(qiáng)比最低，綜合性能最好，1#試樣抗拉強(qiáng)度偏高，而3#試樣的抗拉強(qiáng)度偏低。

(2)雙相鋼的組織均為鐵素體+島狀馬氏體，1#、2#、3#樣的馬氏體島體積百分比分別為：13.87%、10.48%、6.49%，對應(yīng)的抗拉強(qiáng)度分別為723MPa、654MPa、594MPa，表明隨著馬氏體體積百分比增加雙相鋼的抗拉強(qiáng)度逐漸上升。這類鋼合適的馬氏體島百分比為10%左右。

(3)2#試樣發(fā)生碳化物分解的馬氏體島數(shù)量最多，馬氏體分解產(chǎn)生體積收縮，降低殘留應(yīng)力，鐵素體中位錯(cuò)發(fā)生恢復(fù)和松弛，降低位錯(cuò)線上碳化物對可動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，從而導(dǎo)致屈服強(qiáng)度降低，屈強(qiáng)比最低，綜合性能最好。

弄清了組織對性能的影響規(guī)律，便可通過改變工藝參數(shù)來獲得想要的組織特征，從而獲得性能較好的產(chǎn)品。

[1] 康永林鄺霜，尹顯東，等.汽車用雙相鋼板的開發(fā)與研究進(jìn)展[J].汽車工藝與材料，2006，(5)：1-5.

[2] 蘇凱，余際星，徐建兵.新型汽車用高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].鋼鐵釩鈦，2006，27(4)：53-57.

[3] 馬小亮，唐荻，江海濤，等.DP800冷軋雙相鋼組織性能研究控制[J].熱加工工藝技術(shù)與材料研究，2008,(9):53-55.