600MP级热轧双相钢生产工艺与组织性能的研究

600MP级热轧双相钢生产工艺与组织性能的研究

目录

1 课题来源、背景及意义 (1)

1.1 课题来源 (1)

1.2 课题的背景及意义 (1)

2 文献综述 (2)

2.1 汽车用钢发展状况 (2)

2.2 双相钢的分类和特点 (3)

2.3 双相钢的组织和性能 (4)

2.3.1 双相钢的显微组织特征 (4)

2.3.2 双相钢的力学性能特征 (5)

2.4 双相钢的强化机制 (7)

2.5 热轧双相钢 (8)

2.5.1 热轧双相钢的生产工艺 (8)

2.5.2 影响热轧双相钢组织和性能的因素 (11)

2.5.3 国内外热轧双相钢状况 (15)

3 研究内容与工艺方案 (18)

3.1 研究内容 (19)

3.2 技术路线 (20)

4 计划与进度 (20)

参考文献 (22)

1 课题来源、背景及意义

1.1 课题来源

本课题来自某科技大学和某钢铁企业集团有限公司签订的项目——高品质汽车钢板的开发与产业化。选定了《600MP级热轧双相钢生产工艺与组织性能的研究》作为硕士研究生毕业课题的题目。

1.2 课题的背景及意义

自2000年以来，中国汽车工业发展迅速。2009年，在金融危机笼罩下的中国汽车业依旧火爆，根据中国汽车工业协会的统计，至5月份，中国汽车市场月销量已经连续三个月超过100万辆，并且连续五个月保持全球最大汽车市场地位。

随着我国汽车工业的迅速发展，对汽车用钢的需求日益增长，双相钢因其优异的力学性能成为目前应用最多的先进高强度钢之一，在汽车用材中占有绝对优势，在国际钢铁协会超轻钢车体计划-先进车概念(ULSAB-A VC)和美国新一代汽车伙伴计划(PNGV)项目中，DP钢的单车用量为162. 25吨，约占整车用先进高强度钢板总质量的74.3%[1]。

然而由于我国对双相钢的研制起步较晚(始于上个世纪八十年代)，使我国的双相钢，尤其是热轧双相钢的产量与质量仍落后于美国和日本等钢铁强国，从1978年开始，国内企业开发出了540、590和640Mpa等热轧双相钢[2-4]，但由于工艺复杂、成本偏高，使生产厂家较少，产量与质量无法满足大规模需求。因此低成本、高质量的双相钢研制与开发是未来的重点发展方向，加快我国双相钢的研究开发与生产十分必要。

热轧双相钢相比于热处理双相钢，省去了热处理工序，其焊接性能和疲劳性能略优于热处理双相钢，且成本较低、生产规模更大；与冷轧双相钢相比，热轧双相钢的生产工艺不需要冷轧轧机和退火设备，生产成本低、效率高，一般厂都可生产热轧双相钢，但对终轧温度、轧后冷却速度和卷取温度都有一定要求，不同的钢种、不同的合金含量，其工艺参数亦相应有所变化，工艺过程比较复杂，钢板卷取后不同部位的冷却速率不同，也会影响性能的均匀性。本课题旨在研究和开发汽车用热轧双相钢，探索成分、工艺与优良的力学性能之间的关系，生产高质量、低成本的热轧双相钢，本研究能对开发和生产热轧双相钢提供一定的指导作用，以满足我国汽车工业对高强度、高塑性和高成形性的钢板的需求，为我国工业生产与制造热轧双相钢钢板提

供帮助。

2 文献综述

2.1 汽车用钢发展状况

随着20世纪70年代石油危机的发生，人们对环境问题的认识和对安全性要求的不断提高，汽车车身构造和所用材料正在发生很大的变化。特别是随着车体轻量化技术研究的深入，要求所使用的钢铁材料必须与之相适应。迄今为止，钢铁材料作为汽车制造用的主要原材料，因其所具有的优异特性、经济性、大量稳定供给性、可再循环利用等特点而被广泛应用。但是在车体轻量化的潮流中，铝镁合金和树脂材料的使用比率正在逐渐增加。为了与日益发展的汽车用铝合金、镁合金、塑料相抗衡,保住汽车制造业对钢材的使用量世界，1994年5月在国际钢铁协会的倡议下，18家汽车生产厂联手成立了超轻汽车钢财团ULSAB(Ultra Steel Auto Body)，目前全球15个国家35家大钢铁公司参加“超轻汽车用钢材”[5]。此后，在1998年开始实施“先进汽车概念”项目(ULSAB-A VC)，在ULSAB-A VC计划中，各种高强度钢在PNGV-Class 车体结构的用量如图1所示[1]：

图 1 车体结构用钢种类示意图

从图1可以看出97%的材料为高强度钢，而先进的高强度钢的比例占了80%以上，而双相钢的比例高达74%。由于采用了先进的高强度钢，增加了

安全性，降低了噪声和振动，提高了燃油效率，降低了汽车总质量。成本没有增加，而加速性、驾驶性能却有所改善。

总之，到目前为止，以高强度钢铁材料为代表的钢材，由于其材料特性的提高及经济性上的优势，仍然是汽车车体的主要材料。高强度钢和超高强度钢的发展和应用为汽车的轻量化、安全、节能减排提供了重要途径，主要用于制作车身外板、内板以及结构件。高强度钢是指屈服强度在210~550MPa 的钢;屈服强度大于550MPa的为超高强度钢。汽车用高强度钢和超高强度钢又分为普通高强度钢和先进高强度钢，普通强度钢包括高强度无间隙原子钢(IF钢，Interstitial Free Steel)、磷强化IF钢、各向异性性钢(IS钢，Isotropic Steel、烘烤硬化钢(BH钢，Bake Hardening Steel)、固溶强化钢(C-Mn钢，C-Mn Steel)、低合金高强度钢(HSLA钢，High Strength Low Alloy Steel);先进高强钢(AHSS,Advanced High Strength Steel)包括双相钢(DP钢，Dual Phase Steel)、相变诱发塑性钢(TRIP钢，Transformation Induced Plasticity Steel)、孪生诱发塑性钢(TWIP钢，Twin Induced Plasticity Steel)、复相钢(CP钢，Complex Phase Steel)以及马氏体钢(MART钢，Martensite Steel ) [6-8]。这些兼具强度与塑性的高强与超高强将是今后汽车用钢的研究重点。

2.2 双相钢的分类和特点

由低碳钢或低合金高强度钢经临界区处理或控制轧制而得到的，主要由铁素体和马氏体所组成的钢即为双相钢[9]，其中，马氏体约20%左右。按生产工艺分类，主要有两种：

1) 热处理法[10]：采用热处理手段生产的双相钢称作热处理双相钢，目前有两种热处理方法，即ADP（Austenite dual phase）法：是将热轧或冷轧带钢加热到完全奥氏体化温度，保温一段时间转变为单一奥氏体组织，然后控制冷却速度，在冷却过程中先使奥氏体一部分发生铁素体转变，并控制残留奥氏体数量，再进行冷却使残余奥氏体转变成马氏体形成铁素体-马氏体双相钢；IDP（Intercritical dual phase）法：是以热轧或冷轧带材为原料（初始组织主要为铁素体加珠光体），将钢加热到α+γ两相区温度，保温一定时间控制其冷速，以获得铁素体+马氏体双相组织，它的特点是将钢带加热到α+γ两相区，然后控制冷却速度使奥氏体相变为马氏体或其他低温产物。

2) 直接热轧法[11]：热轧双相钢是将钢坯经高温轧制后，在临界温度精轧，同时控制终轧温度和压下量，然后急冷到钢的马氏体转变点或低于马氏体转变温度进行盘卷，从而获得所要求的双相钢的组织和性能。

热处理法可以通过改变加热温度、保温时间等工艺参数较好地控制双相