1000 MPa 级热轧双相钢的微观组织及强化机制 尹翠兰

图 1 工艺 1 条件下试验钢的微观组织
（ a） 4% 硝酸酒精腐蚀； （ b） Lepera 试剂腐蚀
Fig． 1 Microstructure of the tested steel under process 1
（ a） etched by 4% nital； （ b） etched by Lepera reagent
2 试验结果与分析
2． 1 微观组织观察 以工艺 1 为例，分析试验钢的微观组织特征，如
图 1 所示，由多边形铁素体和第二相马氏体组成，马 氏体弥散地分布于铁素体晶界处。为了能更好地区别 双相钢的两相组织，采用 Lepera 试剂进行侵蚀后的微 观组织如图 1（ b） 所示，铁素体呈灰黑色，马氏体为白 色。Image plus 统计结果表明，在本次试验工艺条件 下，显微组织中铁素体体积分数为 80． 5% ～ 83． 7% ，第 二相马氏体体积分数为 16． 3% ～ 19． 5% ，见表 2。
金相试样经研磨、抛光后，采用 4% 的硝酸酒精溶 液腐蚀，在 LEICA DMIＲM 多功能光学显微镜下进行 显微组织观察； 为了能更好地区别双相钢的两相组织，
第2 期
尹翠兰： 1000 MPa 级热轧双相钢的微观组织及强化机制
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表 1 试验钢的分段冷却工艺参数 Table 1 Stepped cooling process parameters of
双相钢以相变强化为基础，具有低屈强比、高初始 加工硬化率、良好的强度和塑性配合等特点，因此在汽 车轻量化材料的应用中极为广泛，例如在未来钢质汽 车 FSV （ Future steel vehicle ） 项 目 中，双 相 钢 占 据 31． 3%［1-3］。当前由于环保和节能的迫切需要，超高强 双相钢的研 发 显 得 尤 为 重 要［4-7］，而 在“以 热 代 冷 ”技 术发展趋势的带动下，1000 MPa 级以上热轧超高强双 相钢的研究相对比较缺乏。
图 2 试验钢铁素体晶粒尺寸的 EBSD 分析结果 Fig． 2 EBSD results of ferrite grain size statistics
of the tested steel
下，铁素 体 晶 粒 尺 寸 非 常 细 小 且 呈 正 态 分 布，其 中 80% 以上的铁素体晶粒尺寸在 1． 0 ～ 2． 5 μm 之间。 2． 2 力学性能试验结果
1 试验材料及方法
试验钢主要化学成分为（ 质量分数，% ） ： 0． 13C、 0． 35Si、1． 52Mn、0． 19V、0． 007N，Fe 余量。试验材料 取自真空炉冶炼的 130 kg 钢锭，首先锻造并加工成 80 mm × 80 mm × 120 mm 的板料，在 450 mm 二辊可 逆热轧试验机组上进行轧制。首先将试验钢置于炉中 加热至 1200 ℃ 并保温 2 h，出炉后共进行 8 个道次的 轧制，其中前 3 个道次在奥氏体再结晶区进行轧制，后 5 个道次在奥氏体未再结晶区轧制，道次压下分配制 度按照： 80 mm→48 mm→29 mm→20 mm→12 mm→ 8 mm→6 mm→5 mm→ ～ 4 mm。再结晶区终轧温度控 制在 1010 ～ 1020 ℃； 未再结晶区开轧温度 960 ～ 980 ℃， 终轧温度 815 ～ 835 ℃ 。轧制温度是通过轧制道次间 的时间间隔进行控制，试验钢的具体分段冷却工艺参 数如表 1 所示。
n 0． 23
铁素体 / 马氏体 /
A/%
%
%
23． 9 83． 7 16． 3
2 546 1012 0． 54 0． 23 23． 5 80． 5 19． 5
3 530 1000 0． 53 0． 24 24． 2 83． 5 16． 5
电子背散射花样（ EBSP） 是入射电子束与晶体试 样表层原子相互作用并发生背散射的结果。为了提高 背散射效率，试样平面通常设置为与水平线成约 70° 角。可通过分析相应的 EBSD 菊池衍射花样，对钢中 的铁素体定位，并获得相应的晶粒尺寸分布及百分含 量，如从图 2 所示，可以观察到在本次所有工艺条件
56 下钢的屈强比较低（ ≤0． 54） ，则表明钢在屈服后的均 匀伸长率较大，均匀塑性变形量越大，在塑性变形时越 不容易发生颈缩，即不容易发生塑性失稳。由于钢的 塑性变形是由均匀延伸和颈缩后的局部集中延伸两部 分组成，因 此 双 相 钢 的 塑 性 较 好，在 抗 拉 强 度 达 到 1000 MPa 以 上 时，断 后 总 伸 长 率 优 良，为 23． 5% ～ 24． 2% 。
245
3 820
130 ～～ 50
235
采用 Lepera 试剂（ 1% Na2 S2 O5 水溶液与 4% 的苦味酸 酒精溶液按 1： 1 比例混合） 分别进行侵蚀，经这种方 法侵蚀后，铁素体呈灰黑色，马氏体为白色。利用 H800 型透射电镜观察位错形貌及 V（ C，N） 析出，利用 Quanta 600 扫描电镜附带的 OIM4． 0EBSD（ TSL 公司） 系统进行电子背散射衍射（ EBSD） 试验，用以测定试 验钢的晶粒尺寸。将完成轧制试验后的钢板按有效标 距为 50 mm × 15 mm 的标准制成拉伸试样，拉伸速度 2 mm / min，每个工艺分别取 3 个试样进行力学性能检 测，试验数据取平均值。
第 41 卷 第 2 期 2016 年 2 月
HEAT TＲEATMENT OF METALS
Vol. 41 No. 2 February 2016
1000 MPa 级热轧双相钢的微观组织及强化机制
尹翠兰
（ 山东钢铁集团有限公司 钢铁研究院，山东 济南 250101）
摘要： 研究了分段冷却工艺（ 超快冷 + 空冷 + 层流冷却） 条件下一种钒微合金化双相钢的微观组织及强化机制。结果表明，试验钢 的显微组织由（ 80． 5% ～ 83． 7% ） 超细晶多边形铁素体和 （ 16． 3% ～ 19． 5% ） 块状马氏体组成，且 80% 以上的铁素体晶粒尺寸在 1． 0 ～ 2． 5 μm 之间，粒子直径为 4 ～ 9 nm 的 V（ C，N） 弥散的分布于铁素体基体中并与高密度位错交互作用而钉扎位错。在细晶强 化、析出强化、位错强化及第二相马氏体强化的综合作用下，试验钢的抗拉强度达到 1000 MPa 以上，且具有优异的综合性能： Ｒm ≥ 1000 MPa，ＲP0． 2 ≥530 MPa，δ≥23． 5% ，ＲP0． 2 / Ｒm ≤0． 54，n≥0． 23。 关键词： 热轧双相钢； 钒微合金化； 分段冷却； 超细晶； 强化机制 中图分类号： TG142． 3 文献标志码： A 文章编号： 0254-6051（ 2016） 02-0054-04
the tested steels
工 终轧
超快冷冷却 空冷起始 空冷
层流冷却
卷取
艺 温度 / ℃ 速率 / （ ℃ ·s － 1 ） 温度 / ℃ 时间 / s 速率/ （ ℃ ·s －1 ） 温度/ ℃
1 815
130 ～ 150
640
8
40 ～ 50
230
2 835
130 ～ 150
650
8
40 ～ 50
本文从经济化、轻量化的角度出发，尝试应用第二 相马氏体强化并辅以细晶强化、析出强化、位错强化的 综合作用原理设计一种 0． 13C-0． 35Si-1． 52Mn-1． 9V0． 007N 系超高强双相钢，研究其在分段冷却工艺（ 超 快冷 + 空冷 + 层流冷却） 条件下的微观组织及强化 机制。
收稿日期： 2015-08-06 作者简介： 尹翠兰（ 1985—） ，女，工程师，从事汽车钢的产品研发，联系 电话： 0531-67607038，E-mail： yincuilan@ shansteelgroup． com doi： 10． 13251 / j． issn． 0254-6051． 2016． 02． 013
图 3 工艺 1 条件下试验钢的工程应力-应变曲线 Fig． 3 Engineering stress-strain curve of the tested
steel under process 1
表 2 试验钢的力学性能与组织含量（ 体积分数） Table 2 Mechanical properties and each phase volume
fraction of the tested steels
ＲP0． 2 / 工艺
MPa 1 533
Ｒm / MPa 1005
ＲP0． 2 / Ｒm 0． 53
以工艺 1 为例说明试验钢的拉伸曲线，如图 3 所 示，在本次 工 艺 制 度 条 件 下，试 验 钢 均 呈 连 续 屈 服 状 态。表 2 给出了本次工艺条件下热轧双相钢的力学性 能，试验钢的抗拉强度达到 1000 MPa 以上，且具有优 异的综 合 性 能： Ｒm ≥1000 MPa，Ｒp0． 2 ≥530 MPa，A ≥ 23． 5% ，Ｒp0． 2 / Ｒm≤0． 54，n≥0． 23。本次试验工艺条件
Microstructure and strengthening mechanism of 1000 MPa grade hot-rolled dual-phase steel
Yin Cuilan （ Iron and Steel Ｒesearch Institute，Shandong Iron ＆ Steel Co． ，Ltd． ，Jinan Shandong 250101，China） Abstract： Microstructure and strengthening mechanism of a vanadium micro-alloying dual-phase steel were investigated under stepped cooling processes （ ultra-fast cooling + air cooling + laminar cooling） ． The results show that the microstructure is composed of ultra-fine grain polygonal ferrite （ 80． 5% -83． 7% ） and massive martensite （ 16． 3% -19． 5% ） ，and more than 80% of the ferrite grain size is 1． 0-2． 5 μm， the vanadium carbonitrides disperse and precipitate in matrix and the sizes of most precipitated particles are 4-9 nm，and dislocations are pinned by these particles due to their interactions． Tensile strength of the tested steel can reach more than 1000 MPa，and the comprehensive properties are： Ｒm ≥1000 MPa，ＲP0． 2 ≥530 MPa，δ≥23． 5% ，ＲP0． 2 / Ｒm ≤0． 54 and n≥0． 23，which profits from the joint effects of fine grain strengthening，precipitation strengthening，dislocation strengthening and second phase strengthening of martensite． Key words： hot-rolled dual-phase steel； vanadium micro-alloying； stepped cooling； ultra-fine grain； strengthening mechanism