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 PhaseBHMartTRIPIFHSLAULSAB-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41.2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。

美国开发的Fe-Si-C系的FERMAR牌号的双相钢筋在预应力混凝土中使用时，由于其延性好而在混凝土中具有良好的相容性和能量吸收能力，可提高强度20%-40%。

加州大学G·托马斯教授在双相钢棒材、线材以及后道冷加工工序方面作了大量研究，并用于汽车轮胎钢丝，其强度和韧性均能满足要求。

日本目前在双相钢的生产方面处于领先地位。

这主要是因为日本拥有先进的轧钢和热处理设备，特别是大型连续退火生产线。

起初日本以生产热处理双相钢为主，其钢种多系低碳钢或碳锰钢，在连续退火生产线上生产。

后来开始研制低合金热轧双相钢，以满足汽车工业对一些厚规格双相钢的要求。

新日铁公司用“双相轧制工艺”，生产低合金Si-Mn钢热轧双相钢。

日本川崎制铁开发了以TiN沉淀强化铁素体基体的热轧双相钢，具有好的拉伸翻边成型性。

目前日本至少有5个钢铁公司已经生产出双相钢，其中有川崎制铁、神户制铁、日本钢管、住友金属和新日铁。

这些公司生产的双相钢中，强度级别低的、薄规格的主要用于制作车身外部面板、车盖板、车顶内板、门外部面板、行李盖板等，以改善冲压成形性和压痕抗力；强度级别高的钢用于撞击横梁、保险杠加强体、车轮的轮辐和轮盘，以减薄规格，降低路面噪声和汽车总重量，从而降低油耗。

西欧有不少钢厂和汽车厂进行了双相钢的研制和试用，其钢种和工艺与北美相似。

德国的克鲁伯(Krupp)等公司将双相钢的研究作为其开发方向[22]。

意大利的特柯赛德公司已用热轧双相钢制成菲亚特131汽车车轮，用热处理双相钢制成AIFA汽车挡风板和加强体构件，其车轮疲劳试验结果表明，双相钢的疲劳寿命是普通钢的1-2倍。

法国、德国、英国都在生产和研究双相钢方面作了大量工作，并用于汽车制造业中各种复杂形状的冲压件。

1.2.2国内双相钢发展与应用概况我国在双相钢的研一制方面起步较晚，一些科研、教学和生产单位从1978年开始对双相钢的变形特性、轧制变形模式、强化原理及断裂特性进行研究。

目前，我国生产双相钢的厂家主要有鞍钢、武钢、本溪钢厂和宝钢。

我国的高强度汽车冲压用钢板同样经历了一个发展历程。

一汽、二汽、上汽等汽车厂，逐步用高强度且成形性好的新一代钢种(包括双相钢)代替高屈服点的普通高强度低合金钢板来生产汽车横梁、纵梁等零部件。

鞍钢在“七五”期间用罩式炉退火开发并研制出540MPa级冷轧双相钢薄板，冲制不同型号的汽车零件三万余件，合格率为100%，全部装车使用[23]。

武汉钢铁公司研制了RS50和RS55热轧双相钢和S070Mn冷轧双相钢。

RS50和RS55用于制造Cherokee吉普的车轮和东风卡车车身的横梁。

与日本同类钢相比，强度、塑性、屈强比基本相当，用于CA141型5t载重汽车上的零件经试验其冲压性能良好。

将RS55钢用于轻型汽车的车架、横梁、纵梁、轮辐、备胎压板等，试验结果良好[15]。

本溪钢铁集团公司与沈阳金属研究所合作研制了热轧双相钢板[18],主要是Si-Mn-Cr-Mo系钢,热轧后直接卷取,σb=590～630MPa,σs=370MPa,δT=25%～29%。

宝钢在1992年试轧了一炉双相钢，用2050热连轧机组轧制两种厚度规格(2.75mm 和4.00mm)的热轧双相钢，用于北京吉普车的车轮。

目前，宝钢可提供多个强度等级的冷连轧双相钢钢板和钢带以及热镀锌和电镀锌双相钢产品。

采用CAPL连退工艺生产双相钢时，产品的性能与其显微组织密切相关，而合金元素含量、初始显微组织、热处理工艺制度等因素又影响了显微组织的形成。

双相钢一般作为高强度汽车板产品，其碳含量和合金元素（尤其硅锰元素）添加量受到诸如生产成本、涂镀性能、焊接性能等因素限制。

因而其临界区冷却时为形成马氏体相所需的临界冷却速率增大，而如前节所述，2030连退生产线对一般钢种冷却能力在30～60℃/s，这样就限制了2030CAPL连退生产线对高强双相钢产品的生产能力5。

目前为止，我国已开发成功了抗拉强度级分别为540MPa、590MPa和640MPa等级别的双相钢。

（有待补充）4双相钢的生产工艺6由低碳钢或低合金钢经两相区退火或控制轧制而得到的，主要由铁素体（F）和马氏体（M）所组成的钢叫双相钢[13]。

从原理上讲，获得双相组织的方法可分为两大类[9]：第一类，最终组织有加热条件控制，即取决于铁碳平衡相图。

冷却条件只是保证奥氏体不至于分解成非马氏体型产物。

这一类主要有亚温淬火，即将热轧、冷轧材料锻造后的坯料在（α+γ）两相区短时间加热后强烈冷却，得到铁素体和无序分布马氏体岛组织。

而另一类的最终组织由冷却条件控制，即决定于材料的奥氏体冷却转变曲线，其加热条件仅保证奥氏体形成。

这一类主要有：①台阶淬火，钢材完全奥氏体化后冷却到两相区保温，然后快速淬火。