冷轧双相钢概述

1汽车行业的发展现状

20 世纪90 年代初，欧洲试生产了全铝汽车，由于可以减轻自重，降低油耗，铝材有挤入汽车行业取代钢材的威胁。1994 年国际钢铁学会IISI （InternationalIron&Steel Institute）组织主要由北美和西欧的35 家钢厂和汽车厂联合攻关开展了超轻钢车身项目ULSAB（Ultra Light Steel Auto Body）,要求车身结构的强度提高80％，车身重量减少25％，小轿车油耗降到每百公里3L，CO2排放总量减少2～3％。1998 年完成了ULSAB 项目后又实施了称为先进概念车超轻钢车身计划ULSAB-AVC（Advance Vehicle Concept）。这些项目的研究结果表明，为了延续钢材相对于其它竞争材料的优势地位，必需大量使用高强钢，如图1-2 所示。可以看到，在代表汽车用钢未来发展方向的新车型C级车和PNGV 级车中，相变强化的双相钢（DP钢）占整个结构用钢的74%左右，600MPa 以上的超高强钢已占75%以上。完成ULSAB相关项目（包括ULSAS 和ULSAC）之后，Arcelor 和Thyssen 公司分别设计制造了大量采用高强钢的概念车车身，从而使得车身减重分别达到了20％和24％[10][12]1。

Dual Phase

BH

Mart

TRIP

IF

HSLA

ULSAB-AVC C-Class 双相钢由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体。普通的高强钢是通过控制轧制以细化晶粒，并且通过微合金元素的碳氮化物析出强化基体，而双相钢是在纯净的铁素体晶界或晶内弥散分布着较硬的马氏体相，因此其强度与韧性之间得到了很好的协调[5, 6]。双相钢强度高低主要是由硬的马氏体相的比例来决定的，其变化范围为5%~30%。拉伸力学性能特点是：①应力-应变曲线呈光滑的拱形，无屈服点延伸；②具有高的加工硬化速率，尤其是初始加工硬化速率；③低的屈服强度和高的抗拉强度，成型后构件具有高的压溃抗力、撞击吸收能和高的疲劳强度；④大的均匀延伸率和总延伸率。双相钢是兼有高强度和良好成形性的理想汽车用钢板，在PNGV项目中，DP钢用量为162.25kg，占车体总质量的74.3%[3]。对于DP600、DP780和DP1000，适合于生产汽车结构和安全部件，如纵梁、横梁和强化件。

DP450和DP500钢种可用于外露件，且比标准钢种的抗凹陷能力高20%，具有15%的减重潜力。目前，阿赛洛能够提供DP580、DP750等级别的热轧双相钢板，DP450、DP500、DP600、DP780和DP980等级别的冷轧及镀锌钢板。新日铁冷轧双相钢板供货级别覆盖了490~1270MPa的七个级别，其中DP490、DP540、DP590、DP780、DP980、DP1180五个级别可供电镀锌钢板，DP590、DP780、DP980三个级别可供热镀锌钢板[7]。蒂森也能够提供500MPa、600MPa两个级别的热浸镀锌、合金化镀锌和电镀锌钢板。JFE公司成功开发了780MPa和980MPa 级别的合金化热镀锌双相钢，Mittal公司也成功生产了合金化热镀锌双相钢DP590、DP780、DP980和热浸镀锌双相钢DP600、DP7802[8]。

双相钢在汽车上的应用

2 双相钢的发展

双相钢的第一个专利是1968年在美国提出的。Hayami和Furukawa对这类钢的显微组织，化学成分、机械性能和成形性做了完整的描述以后，双相钢的巨大潜力才被人们所认识。它为汽车减轻自重、高强度冲压构件的和简化冲压工艺，开辟了一条崭新的路径。

1978年，Coldren和Tither研制了新的双相钢。这种双相钢的组织可以通过控制终轧温度和盘卷前的冷却速度而获得，不需要临界区退火处理，因而定名为“ARDP”即“轧制双相钢”。这类双相钢的典型化学成分为：０.07C—０.９０Ｓｉ－１.２０Mn—０.０６Cr—０.04Mo。其工艺过程是：将25mm厚的板坯重新加热到1539K，保温１时后，控轧到2．5mm厚，从终轧温度(1123K)以28K／秒的冷却速度冷到盘卷温度(873K)一“盘卷窗”，在盘卷前大约有80％(体积分数)的铁索体形成，然后在盘卷冷却中，使未转变的残余奥氏体转变为回火马氏体。

日本对双相钢的研究和应用进行了大量工作，其生产和应用方面住世界上层领先地位。最初日本双相钢的生产多采用临界区退火生产。在1978年前后，一些钢公司建成并投产了由计算机控制的水淬连续退火生产线；所采用钢种多为普通低碳钢或低碳锰钢，经严格控制的退火工艺和水淬处理后进行回火，以改善延性并使组织稳定。随后在日本也开展了热轧双相钢的研究。但日本的“轧制双相钢”的成分与美国不同，其合金含量很少，多为低碳Ｓｉ－Ｍｎ钢或Mn—Cr钢，终轧后迅速冷却(如水冷)到Ｍｓ点以下进行盘卷3。

3双相钢的研究现状4

1.2双相钢的发展与应用

1.2.1国外双相钢发展与应用概况

目前世界上主要发达国家汽车工业的发展，尤其是轿车生产的迅速发展，产生了两个主要问题:一是汽车数量增多，车速提高，车祸增多。因此要求提高汽车安全性，重要措施之一是增强汽车构件的性能；二是当今世界资源短缺和能源紧张。因此要求汽车降低油耗、节约能源。而降低油耗的一个重要方法是减轻汽车自重，即使汽车轻量化[19、20]。对汽车油耗和自重关系的最新研究表明:汽车油耗与自重成线性关系，如汽车自重降低10%，在其他条件不变的情况下，则至少可使汽车油耗降低5%[21]。可见降低汽车自重是降低汽车油耗的简单而行之有效的方法。

减轻汽车自重要求汽车工业采用高强度的新材料，而双相钢的优良性能正好满足了汽车减重的要求。北美、日本、西欧目前处于双相钢研究和生产发展的前沿。北美(美国和加拿大)生产的热处理双相钢含有一定的合金元素，多以周期退火炉生产。热轧双相钢以美国克里马克斯铝公司开发的Mn-Si-Cr-Mo系为代表。