汽车用冷轧双相钢的生产工艺及组织性能特征

Abstract: This paper introduces the p roduction methods and development condition of dual phase steel at home and abroad, and analyzes its characteristics of alloying composition, m icrostruc2 ture and mechanical p roperty, control key points of main p rocess, and puts forward suggestions for p roduction and development of dual phase steel in our country.
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荷运动车的门外面板 ,并表现出比 BH 钢更好的 抗凹陷性能 [ 6 ] 。迄今为止 ,多数厂家已经掌握了 490～780 M Pa 级冷轧双相钢或热镀锌双相钢的 生产方法 。JFE公司由于拥有水淬功能的连续退 火线 WQ - CAL ,冷却速率超过 1 000 ℃ / s,因此 可工业化生产抗拉强度为 780 ～1 470 M Pa的高 成型性超高强度钢板 [ 7 ] ,并投入商业应用 。安赛 乐米塔尔也采用缓慢冷却 +淬火工艺 ,在其具有 水淬 功 能 的 连 续 退 火 线 上 生 产 出 CR590DP、 CR780DP、CR980D P双相钢 [ 8 ] 。
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康永林等 :汽车用冷轧双相钢的生产工艺及组织性能特征 《鞍钢技总术第》2305028期年第 4期
鞍钢技术
2008年第
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TECHNOLO G Y 总第
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专家论坛
汽车用冷轧双相钢的生产工艺及组织性能特征
康永林 1 ,邝霜 1 ,刘仁东 2 ,严玲 2 (1. 北京科技大学 ,北京 100083; 2. 鞍钢股份有限公司技术中心 ,辽宁 鞍山 114009)
为了提高 780 M Pa、980 M Pa级高强冷轧双相 钢的焊接性能 , N issan 公司和钢铁企业共同开发 了低碳含量冷轧双相钢 [16 ] ,对于这两个钢种 ,在 强度达到 840 M Pa 和 1 020 M Pa时 ,钢中碳含量 仅为 0. 07%。N issan公司认为 ,为了在结构零件 中大量应用 780 M Pa、980 M Pa钢种 ,发 展 低 碳 高
1 冷轧 双 相 钢 的 生 产 工 艺 及 国 内 外 生 产 概况
1. 1 冷轧双相钢的生产工艺 冷轧双相钢生产工艺流程图 [ 4 ]见图 1所示 。 冷轧硬板需要经过连续退火或连续热镀锌退
火才能得到铁素体马氏体双相组织 。 现代冷轧 双 相 钢 的 连 续 退 火 工 艺 曲 线 如 图
2a所示 。首先将冷轧硬板连续加热到铁素体奥 氏体两相区的某个温度 ,在加热过程中 ,冷变形组 织首先产生回复再结晶 。在两相区保温过程中 , 钢板产生部分奥氏体化 。两相区保温后 ,首先通 过缓慢冷却使少量奥氏体重新分解转化为铁素 体 ,在这个过程中 ,合金元素进一步向残留奥氏体 中转移 ,从而进一步提高了奥氏体的稳定性 。在
Production Technology and Structure Property of Cold Rolled D ual Phase Steel for A utomobiles
Kang Y onglin1 , Kuang Shuang1 , L iu Rendong2 , Yan L ing2 (1. University of Science and Technology Beijing, B eijing 100083, China; 2. Technology Center of Angang Steel Co. , L td. , Anshan 114009, L iaoning, China)
在弯曲成型或扩孔时 ,铁素体和马氏体之间 强度的巨大差异会导致局部的应力集中 ,从而削 弱了双相钢的性能 。针对 980 M Pa级冷轧双相钢 难以同步提高延展性 ( E l)和扩孔率 (λ)的问题 , 神户制钢公司采用水淬型连续退火装置 ,独立控 制降低马氏体的体积分数和硬度 ,并添加固溶强 化元素强化铁素体以减小与马氏体的硬度差异 , 开发出了 E l与 λ性能匹配不同的 980 M Pa级冷 轧双相钢板 ,在强度达到 1 010 M Pa时 ,可以保持 60%以上 的 扩 孔 率 [ 13 ] 。与 此 同 时 , JFE 和 新 日 铁 [ 14 ]也根据 E l与 λ值的不同匹配 ,开发出 3 种 980 M Pa级冷轧双相钢 ,即 : ( 1 ) 传统低屈强比双 相钢 ; (2) 具有良好 E l - λ组合的双相钢 ; ( 3) 超 高 λ值双相钢 (如图 3所示 ) [ 15 ] 。
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别大于 980 M Pa的双相钢 ,为了避免使用昂贵的 合金元素 ,往往需要带水淬或辊冷功能的连续退 火生产线 。 1. 2 国外冷轧双相钢的研发进展
日本的几大钢铁公司以及蒂森克虏伯 、安赛 乐米塔尔等世界先进钢铁公司一直处于冷轧双相 钢研发的前沿 ,并且与汽车厂合作开展了大量双 相钢使用技术研究并使之逐步取代软钢 。例如 , 蒂森克虏伯钢铁公司与戴姆勒 - 克莱斯勒汽车公 司合作采用 500 M Pa级冷轧双相钢制作一款轻负
强度双相钢是十分必要的 。
图 3 980 M Pa级冷轧双相钢 伸长率与扩孔性能的均衡性
1. 3 国内冷轧双相钢生产概况 国内在 "七五 "期间就对双相钢进行了研究 ,
但是由于设备限制 ,一直没有得到较快发展 。近 年来 ,由于宝钢拥有先进的连续退火生产线 ,其冷 轧双相钢的开发与生产处于国内的前沿 。先后成 功 开 发 了 B240 /390DP、B280 /440DP、B340 / 590DP、B400 /780DP 及相应的热镀锌双相产品 。 与此同时 ,由中国钢铁工业协会提出 ,宝钢负责起 草了《汽车用高强度冷连轧钢板及钢带 》国家标 准 ,其中第二部分 ,冷轧双相钢国家标准 (即 GB / T 20564. 2—2006)已于 2006 年 11 月 1 日发布 ,并 于 2007年 2月 1日开始实施 。近两年来 ,鞍钢与 北京科技大学合作 ,成功开发了 490～780 M Pa级 冷轧双相钢并正在进行推广应用 。随着我国鞍 钢 、武钢 、首钢及其他大型钢铁公司连续退火与连 续热镀锌生产线的先后建成 ,冷轧双相钢在国内 必将得到迅速的发展与推广 。
Keywords: dual phase steel; cold - rolling; continuous annealing; continuous hot dip galvanizing
为了节约能源 ,提高汽车的安全性能 ,几十年 来 ,减轻汽车自重 、提高构件强度已成为汽车车身 设计的重要目标 。低合金高强度钢显著解决了汽 车用钢的强度问题 ,但这类基于提高位错密度或 提高与位错不同类型交互作用的高强钢往往伴随 着较差的成型性能 。铁素体马氏体双相钢的产生 是高强度钢领域的一个重要突破 ,也是高强度钢 开发研制中的一个里程碑 。双相钢以其低屈强 比 、高初始加工硬化速率 、良好强度和延性的配合 等优点 ,已发展成为一种成型性良好的新型高强 度冲压用钢 ,成为现代汽车用钢的重要组成部 分 [1 ] 。1968年 , 双相钢的第一个专利在美国提 出 [ 2 ] 。但直到 1975年 ,日本学者 Hayam i和 Fu -
康永林 ,北京科技大学材料加工与控制工程系主任 ,教授 ,博 士生导师 。
rukawa对这类钢的显微组织 、化学成分 、机械性 能和成型性作了完整的描述之后 ,双相钢的巨大 潜力才被人们所认识 [ 3 ] 。此后的几十年里 ,双相 钢一直处于低合金高强度钢发展的前沿 ,它为汽 车减轻自重 、简化冲压工艺开辟了一条崭新的途 径 。1994～2002年 ,在国际钢铁协会的倡议下进 行的超轻钢车体 (ULSAB )研究项目以及在此基 础上的超轻钢概念车 (ULSAB - AVC ) 项目研究 中 ,双相钢的使用量达到 74%。现代高品质冷轧 双相钢主要通过连续退火生产线生产 。随着汽车 用钢板对表面质量要求的提高 ,热镀锌线生产冷 轧双相钢也比较广泛 。本文介绍了冷轧双相钢的 生产方法与研发进展 ,并通过对冷轧双相钢冶金 成分 、组织性能特征以及工艺控制要点的分析 ,对 冷轧双相钢的生产提供一定参考 。
是在终冷过程中 ,奥氏体完成了向马氏体的转变 。
图 1 冷轧双相钢生产工艺流程图
图 2 冷轧双相钢的连续退火与热镀锌退火工艺曲线
连续退火技术发展的核心是冷却技术 ,冷却 能力对冷轧双相钢的生产至关重要 。目前连续退 火生产线的冷却方式主要有四种 [ 5 ] ,即 :新日铁开 发的以气体喷射冷却为代表的 NSC - CAPL技术 、 NKK开发的以水冷和辊冷为代表的 NKK - CAL 技术 ,川崎开发的高强力喷射冷却技术 KM - CAL 以及欧洲冶金中心与比利时柯克利尔共同开发的 CRM - CAL。喷气或者强力喷气连续退火生产线 可以用于生产强度级别低于 780 M Pa的薄规格冷 轧双相钢 ,但是对于厚度大于 2. 0 mm 以及强度级
摘要 : 介绍了冷轧双相钢的生产方法以及国内外生产发展概况 。分析了冷轧双相钢的合 金成分特点 、显微组织特征 、力学特性与主要工艺控制要点 ,并对我国双相钢的生产与发展提 出了建议 。
关键词 : 双相钢 ;冷轧 ;连续退火 ;连续热镀锌 中图分类号 : TG335 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 4613 (2008) 04 - 0001 - 08
与普通的热镀锌钢板相比 ,合金化热镀锌 ( GA )钢板具有优异的焊接性 、涂装性以及涂装后 漆膜耐砂砾冲击性 [ 9 ] ,因而得到广泛应用 。 GA 板 强度级别的迅速提高也得益于 GA 双相钢的开 发 。由于镀层合金化退火后冷却速度低 ,用传统 双相钢成分很难得到满意的双相组织 [ 10 ] 。川崎 公司通过成分调整 ,特别是在基板中添加 0. 15% 左右的 Mo元素 ,开发成功了 590～980 M Pa级的 GA 双相钢 ,并实现了商业生产 。目前 GA 双相钢 已经应用于边梁 、侧面构件 、横梁 、支柱 、底盘加强 件 、油箱支架等汽车车体结构件 、加强件以及门内 板ຫໍສະໝຸດ Baidu。 [ 11 - 12 ]
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快速冷却过程中 ,这部分残留奥氏体转化成马氏 体而使钢板具有双相组织 。快冷后的等温过时效 不仅可以对淬硬的马氏体岛进行低温回火以改善 其内部畸变 ,而且可以改善铁素体内元素的固溶 状态 。
热浸镀锌工艺生产双相钢的退火路线与连续 退火工艺有所不同 (如图 2b) ,大多数热镀锌生产 线均是在两相区奥氏体化后 ,立即快速冷却到热 镀锌温度进行镀锌 。有的热镀锌生产线在快冷段 前也配备有缓慢冷却段 ,其作用与连续退火缓冷 段基本相同 。由于热浸镀锌温度一般在 460 ℃左 右 ,因而快冷的目的主要是避免奥氏体向珠光体 转变 ,在这个过程中 ,马氏体相变并没有产生 ,而