DP590冷轧板热处理的组织和性能

DP590冷轧板热处理的组织和性能
霍刚;李振兴;岑一鸣;李国栋
【摘要】为了加速国内双相钢的开发和应用,采用CAS-300Ⅱ模拟退火实验机,通过模拟退火实验,研究了加热速率、临界区退火温度、过时效温度、过时效时间对DP590双相钢组织性能的影响.结果表明,加热速率在5～60℃/s内增加时,屈服强度、抗拉强度均增加,延伸率、强塑积均减小；临界区退火温度在780～850℃内增加时,屈服强度、抗拉强度先减小后增加,延伸率、强塑积均增加；过时效温度在260 ～400℃内增加时,屈服强度增加,抗拉强度减小,延伸率整体呈增加趋势,屈强比增加；在280℃进行过时效,过时效时间在240～480 s内增加时,屈服强度、抗拉强度均减小,延伸率、强塑积先减小后增加.
【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(034)007
【总页数】5页(P944-947,970)
【关键词】冷轧板;双相钢;热处理;显微组织;力学性能
【作者】霍刚;李振兴;岑一鸣;李国栋
【作者单位】东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;本钢浦项冷轧薄板有限责任公司,辽宁本溪117000
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.1
双相钢是由低碳钢或低合金钢经过临界区热处理或控轧控冷获得，其组织主要由铁素体和马氏体组成[1-2].与传统的低合金高强钢相比，双相钢具有较低的屈强比，较高的初始加工硬化率、烘烤硬化值以及优良的成型性能等特点，成为一种新型的冲压用钢，并广泛应用于汽车工业[3-4].
双相钢的研究起始于20世纪70年代，1968年Mcfarlan提出了关于双相钢的第一个专利.Hayami和Furukawa[5]详细阐述了双相钢的化学成分、显微组织、力学性能等.Son[6]采用等通道角度挤压法试制了超细晶粒双相钢，发现在500 ℃进行4%的应变，然后于730 ℃保温10 min后淬火，可得到性能优良的超细晶粒双相钢.韩会全等[7]研究了两相区热处理对不同初始组态钢板组织性能的影响，发现相同工艺下，初始晶粒越细，马氏体体积分数越多.Krebs等[8]对双相钢中带状组织的影响因素进行了研究，发现奥氏体化温度越低，冷却速度越小，带状组织越明显.
目前，冷轧双相钢主要采用连续退火的方式生产，工艺比较成熟，但生产周期长、效率低，表面质量难以保证，并且易出现带状组织.退火工艺参数是决定双相钢组织性能的关键因素，并且其与生产效率密切相关.因此本文以国内某钢厂提供的DP590冷轧板为原料，通过模拟退火实验研究了加热速率、临界区退火温度、过时效温度、过时效时间的作用，供实际工业生产参考.
1 实验材料和方法
1.1 实验材料
实验采用某钢厂提供的DP590冷轧板，其化学成分(质量分数/%)为：0.080C，
0.479Si，1.810Mn，0.162Cr，0.014P，0.004S，0.004N，0.040Als.冷轧板的原始组织由铁素体和珠光体组成，图1为实验钢经过4%的硝酸酒精溶液腐蚀后的显微组织图片，灰白色组织为铁素体，黑色组织为珠光体.模拟退火的试样尺寸为500 mm×150 mm×1.4 mm.
图1 实验钢的显微组织Fig.1 The microstructure of the steelusing in the experiment
1.2 实验方法
采用CAS-300Ⅱ模拟退火实验机，对加热速率、临界区退火温度、过时效温度、过时效时间分别进行了实验研究.基本工艺参数为：以30 ℃/s的速度将实验钢板加热到800 ℃，保温110 s后，以2 ℃/s的速度缓慢冷却至680 ℃，然后以
35 ℃/s的速度快速冷却至280 ℃进行过时效，过时效时间为420 s，然后以
5 ℃/s的速度冷却至45 ℃.在此基础上，通过改变单一的工艺参数，研究其对力学性能的影响.
按照GB/T228—2002切取标距为50 mm拉伸试样，然后采用Inston系列4206-006型高速拉伸试验机测定力学性能.再切取金相试样磨制、抛光，经4%的硝酸酒精腐蚀后，分别采用LEICA Q550IW金相显微镜、ZWISS扫描电子显微镜观察其显微组织.
2 实验结果与分析
2.1 显微组织
图2为不同加热速率下实验钢的显微组织.灰白色组织为铁素体，深灰色组织为马氏体.可以看出，加热速率在5～60 ℃/s内增加时，铁素体、马氏体晶粒均发生细化，马氏体体积分数增加.这是由于加热速率增加时，加热温度达到两相区后奥氏体形核点较多，其形核率的增加大于长大速度，奥氏体长大受到抑制，晶粒发生细化.由于组织遗传性，使得最终的铁素体、马氏体晶粒尺寸较小，并且马氏体体积
分数略微增加.
图2 不同加热速率下实验钢的显微组织Fig.2 The microstructures of experimentalsteels at different heating speeds(a)—5 ℃/s； (b)—15 ℃/s；(c)—30 ℃/s； (d)—60 ℃/s.
图3为不同退火温度下实验钢的显微组织.可以看出，退火温度在780～850 ℃内
增加时，马氏体晶粒由岛状向块状过渡，马氏体晶粒尺寸变大.此外，利用Photoshop软件统计分析，退火温度分别为780，800，830，850 ℃时，相应
的马氏体体积分数分别约为30%，26%，20%，21%.
图3 不同退火温度下实验钢的显微组织Fig.3 The microstructures of the tested steelsat different annealing temperatures(a)—780 ℃； (b)—800 ℃；(c)—830 ℃； (d)—850 ℃.
图4为不同过时效温度下实验钢的扫描照片，颜色较浅、凸起的组织为马氏体.可
以看出，过时效温度为260 ℃时，马氏体基本不分解，马氏体边界较清晰；280 ℃时，少量马氏体开始分解，边界较为模糊；400 ℃时马氏体大量分解.
图4 不同过时效温度下实验钢的扫描照片Fig.4 The SEM micrographs of the tested steelsat different overaging temperatures(a)—260 ℃； (b)—280 ℃；
(c)—320 ℃； (d)—400 ℃.
图5为过时效温度为280 ℃时，不同过时效时间下实验钢的显微组织图片.过时效时间在240～480 s内增加时，马氏体逐渐分解.过时效时间小于300 s时，铁素
体基体上存在较多的粒状M-A岛，超过420 s时，粒状M-A岛基本消失.
2.2 力学性能
图6显示了不同加热速率下实验钢的力学性能.加热速率在5～60 ℃/s内变化时，随加热速率增加，屈服强度、抗拉强度均增加，延伸率、强塑积均减小，屈强比在0.44～0.46范围内变化.随
图5 不同过时效时间下实验钢的显微组织Fig.5 The microstructures of the experimentalsteels at different overaging time(a)—240 s； (b)—300 s；(c)—420 s； (d)—480 s.
图6 不同加热速率下实验钢的力学性能Fig.6 The mechanical properties of experimentalsteels at different heating speeds
加热速率的增加，铁素体、马氏体晶粒均发生细化，马氏体体积分数增加，因此屈服强度、抗拉强度均增加.加热速率较大时，铁素体中碳氮化物溶解量较小，缓慢
冷却过程中铁素体析出净化作用减弱，结果，延伸率随加热速率的增加呈减小趋势. 图7显示了不同退火温度下实验钢的力学性能.退火温度在780～850 ℃内变化时，随着退火温度的增加，实验钢的屈服强度、抗拉强度先减小，然后略微增加.延伸率、强塑积均呈增加趋势.退火温度在一定范围内升高时，奥氏体体积分数增加，
奥氏体中平均碳含量减小，其稳定性下降，随后缓慢冷却过程中，由于冷却速度较小，低碳奥氏体重新分解，附生铁素体体积分数增加，马氏体体积分数减小，结果屈服强度、抗拉强度都有下降趋势，屈强比、延伸率得到明显改善[9].但退火温度
进一步升高时，奥氏体体积分数不断增加，最终马氏体体积分数增加，使得强度略微增加.
图7 不同退火温度下实验钢的力学性能Fig.7 The mechanical properties of experimentalsteels at different annealing temperatures
图8显示了不同过时效温度下实验钢的力学性能.过时效温度在260～400 ℃内变
化时，随着过时效温度的增加，屈服强度增加，抗拉强度减小，延伸率整体呈增加趋势.
图8 不同过时效温度下实验钢的力学性能Fig.8 The mechanical properties of experimentalsteels at different overaging temperatures
过时效相当于对淬硬的马氏体进行在线回火，可改善最终的力学性能.但随着过时
效温度的增加，马氏体逐渐分解，并且晶格畸变程度减小，使得抗拉强度下降.过时效温度较高时，铁素体、马氏体相界面处大量位错对消或重新排列，使得可动位错密度减小，屈服强度增加.并且在较高温度下铁素体中有碳化物或细小沉淀相析出，间隙原子扩散集聚成间隙原子团，共同钉扎位错，使得屈服强度进一步增加，甚至出现屈服平台[10].
图9显示了不同过时效时间下实验钢的力学性能.过时效温度为280 ℃，过时效时间在240～480 s内变化时，随过时效时间增加，屈服强度、抗拉强度均减小，延伸率、强塑积先减小后增加.随过时效时间的增加，马氏体发生回复，马氏体内的位错密度减小，使得其硬度降低、强度下降，抗拉强度减小.而且马氏体与周围铁素体的塑性应变不相容性减小，因此马氏体对铁素体变形的阻碍作用减小，屈服强度降低，延伸率得到改善.
图9 不同过时效时间下实验钢的力学性能Fig.9 The mechanical properties of experimentalsteels at different overaging time
3 结论
1) 加热速率在5～60 ℃/s内变化时，随加热速率增加，屈服强度、抗拉强度均增加，延伸率、强塑积均减小，屈强比在0.44～0.46范围内变化.
2) 退火温度在780～850 ℃内变化时，随着退火温度的增加，实验钢屈服强度、抗拉强度先减小后增加，延伸率、强塑积均呈增加趋势.
3) 过时效温度在260～400 ℃内变化时，随着过时效温度增加，屈服强度增加，抗拉强度减小，延伸率整体呈增加趋势，屈强比明显增加.
4) 过时效温度为280 ℃，过时效时间在240～
480 s内变化时，随过时效时间增加，屈服强度、抗拉强度均减小，延伸率、强塑积先减小后增加.
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