1000,MPa级双相钢在部分奥氏体化温度下的相变研究

刘 珂，顾 斌，肖洋洋

(马钢股份公司技术中心 安徽马鞍山 243000)

双相钢超高强度汽车板产品具有良好的塑性性能和强度性能的匹配，是汽车厂商在结构件和安全件首选的材料，国内钢厂都在着力研究开发1000 MPa级产品；
在钢厂的生产中，通过CCT曲线结合控轧控冷工艺以得到目标组织，但对于部分奥氏体化的相关研究较少。本文通过研究不同加热温度下部分奥氏体化的相变过程，研究并探讨了连续工艺的相变与部分奥氏体的相关性为高强双相钢的生产提供工艺温度依据。

1.1 成分设计

1.2 样品制备方案

炼钢：实验钢采用150 kg真空冶炼炉冶炼，化学成分如表1所示。

表1 钢化学成分 %

热轧：铸坯经锻造后制成8 mm×225 mm×230 mm的热轧原料，在热轧采用“5+3”道次的热轧轧制规程将锻坯轧至3.2 mm，在热轧过程中，设定加热温度为1250 ℃，终轧温度为880 ℃，终轧后采用水冷，模拟卷取温度为650 ℃。

制样：然后在热轧板上取Ø3 mm×10 mm相变仪样，在热模拟试验机上进行实验(实验机图略)。

1.3 AC1、AC3测定及Ms点计算

测量方案：加热速度为10 ℃/s，热至500 ℃后，加热速度调为0.05 ℃/s。1000 ℃并保温300 s，然后淬火至室温。具体膨胀曲线见图1。利用切线法从膨胀曲线中可以得出A与A，分别为：708 ℃和854 ℃。

图1 实验钢静态CCT曲线测定工艺图

根据样品钢的化学成分，采用经验公式(1-1)和(1-2)可以近似计算实验钢的Ms为345 ℃。

Ms = 540 - 420[C]

(1-1)

[C]= w(C) + w(Si) / 40 + w(Mn) / 12 + w(Cr) / 3 + w (Nb) / 21

(1-2)

部分奥氏体化CCT曲线测定的试验操作工艺：将样品钢以10 ℃/s的速率分别加热到不同两相区温度(730 ℃、770 ℃、810 ℃)，保温时间300 s，确保组织成分稳定均匀，分别以0.5 ℃/s、1 ℃/s、2 ℃/s、5 ℃/s、10 ℃/s、20 ℃/s、40 ℃/s 的冷却速率冷却至室温，试验工艺曲线示意图如图3。

3.1 730 ℃部分奥氏体化CCT曲线

对730 ℃温度下的部分奥氏体化温度下的CCT曲线进行测定，显微组织如图2所示，利用origin软件绘出730 ℃下的CCT曲线如图3。

图2 实验钢在不同冷速下的金相显微组织

图3 实验钢的部分奥氏体化CCT曲线(730 ℃保温5 min)

由图2可见，以冷却速率0.5 ℃/s为例,黑色的块状组织为珠光体,其含量较少,晶粒尺寸较小；
当冷却速率>5 ℃/s时,贝氏体转变基本消失,形成组织主要为铁素体和马氏体；
当冷却速率超过20 ℃/s时,马氏体和铁素体量已经趋于稳定。

3.2 770 ℃部分奥氏体化CCT曲线

采用相同的实验方案，对770 ℃温度下的部分奥氏体化温度下的CCT曲线进行测定。显微组织如图4所示， 770 ℃温度下的CCT曲线如图5。

图4 实验钢在不同冷速下的金相显微组织

图5 实验钢的部分奥氏体化CCT曲线(770 ℃保温5 min)

3.3 810 ℃部分奥氏体化CCT曲线

810 ℃温度下的部分奥氏体化温度下显微组织如图6所示， 810 ℃温度下的CCT曲线如图7。

图6 实验钢在不同冷速下的金相显微组织

图7 实验钢的部分奥氏体化CCT曲线(810 ℃保温5 min)

由图3、5、7可知，不同两相区温度下的CCT曲线基本相似。随着加热温度的降低，Ms点不断降低，这主要是由于两相区温度降低，铁素体数量量增加，奥氏体中的碳含量增加，根据理论经验公式1-1和1-2可知，Ms点也是降低的。铁素体转变曲线随着温度的降低而降低，这是由于加热温度低，首先形成铁素体的量多，铁素体转变点下降，在冷却过程中再次转变铁素体变难。

分析3种两相区加热温度的CCT曲线，可以看出，随着加热温度降低，铁素体区转变范围稍微变窄，贝氏体转变区域向右移动，曲线转变区随温度降低总体略微下移。初步原因分析认为，未转变铁素体在试验钢中的存在，导致在随后的冷却过程中这部分铁素体会一直保留到最后。在过冷奥氏体向铁素体转变过程中，这未转变铁素体与奥氏体的界面存在贫碳区引起碳扩散不均匀，由铁素体处生成的奥氏体的含碳量较低，这部分奥氏体容易发生相变，所以随着加热温度的降低，试验钢中较难形成铁素体，铁素体转变线下移，转变区的范围也轻微缩窄。

在冷却过程中，由于碳会发生再分布现象，使得奥氏体中的碳浓度产生起伏,且随着过冷度的增大，在贫碳区首先形成铁素体晶粒，过饱和的碳扩散与沉淀析出，降低了碳向奥氏体的富集时间，且随着加热温度的降低，使贝氏体转变区域右移。

在两相区保温过程中，由于碳原子的扩散距离较小，珠光体转变为奥氏体的过程，孕育期基本没有；
在保温过程中，原始珠光体已经完全消失。在部分奥氏体化加热过程中，铁素体数量的增加，使得奥氏体中更易富碳，马氏体相变更容易发生，马氏体的开始转变温度下降，降低了工艺成本要求。在连退线生产高强双相钢,合理两相区加热以及恰当的控轧控冷,可得到符合要求的双相钢。

通过对比分析三种部分奥氏体化加热温度的CCT曲线，曲线形状相似，且随着部分奥氏体化温度的降低，铁素体转变线和马氏体相变点都是下降的，贝氏体转变右移。

在部分奥氏体化的加热过程中，由于奥氏体更易富碳，可以有效促进马氏体的形成。

在生产连续退火双相钢时，部分奥氏体化后采用合适的冷却工艺可得到性能优良的双相钢。