冷軋TRIP鋼組織和性能研究及其產(chǎn)業(yè)化.pdf

1、汽車“減重節(jié)能”的要求促進(jìn)了高強(qiáng)度鋼板在汽車上的大量使用，而TRIP鋼作為高強(qiáng)度鋼家族中的一種，其獨(dú)特的組織（鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體）決定了其具有高的強(qiáng)度和延伸率的結(jié)合，近年來，己被廣泛應(yīng)用于零件較復(fù)雜的汽車安全結(jié)構(gòu)件上。在國(guó)外，一些世界著名的鋼廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了600和800MPa級(jí)別的冷軋TRIP的產(chǎn)業(yè)化，而在我國(guó)，這一鋼種仍屬于空白。隨著我國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，特別是安全和能耗方面的要求法規(guī)越來越嚴(yán)格，高強(qiáng)度鋼板在汽車中的使用比例越

2、來越多，汽車用鋼板的需求也逐漸與國(guó)外同步。寶鋼作為我國(guó)汽車板的生產(chǎn)基地，為了進(jìn)一步提升其競(jìng)爭(zhēng)力，縮小與國(guó)際汽車板水平的差距，滿足汽車用鋼板發(fā)展的需要，開展TRIP鋼板的研究和實(shí)現(xiàn)TRIP鋼的工業(yè)化生產(chǎn)是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的重要戰(zhàn)略目標(biāo)之一。為此，本文首先從工業(yè)化生產(chǎn)目標(biāo)出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)研究了TRIP鋼成分、工藝、性能和組織之間的規(guī)律關(guān)系，在此基礎(chǔ)上確定了工業(yè)化生產(chǎn)的成分和工藝控制要點(diǎn)，并在寶鋼生產(chǎn)線上進(jìn)行了多次工業(yè)性試驗(yàn)，成功開發(fā)出性能指標(biāo)

3、達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的600MPa級(jí)別冷軋TRIP鋼和熱鍍鋅TRIP鋼。利用工業(yè)化生產(chǎn)的鋼板進(jìn)行了用戶使用技術(shù)方面的研究，為汽車用戶科學(xué)合理地使用TRIP奠定了基礎(chǔ)。通過對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)鋼板中殘余奧氏體的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的測(cè)定和微觀組織的分析，進(jìn)一步確定了本文開發(fā)的TRIP鋼可實(shí)際使用的溫度范圍和揭示了它呈現(xiàn)高強(qiáng)度和良好塑性結(jié)合的原因。
　　 首先，確定了用于生產(chǎn)的冷軋TRIP鋼的C—Mn-Si和熱鍍鋅TRIP鋼的C—Mn—Al成分

4、體系。在實(shí)驗(yàn)室研究了主要化學(xué)成分C、Al、Nb、Cr和P對(duì)TRIP鋼板組織和性能的影響。結(jié)果表明:在本研究的碳含量范圍內(nèi)，C含量的提高不但可以提高鋼板的強(qiáng)度，且不影響TRIP效應(yīng)，每添加0.01％的C可提高抗拉強(qiáng)度15MPa;用Al代替Si仍可獲得較好的TRIP效應(yīng)，但鋼板的鋼板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均下降。如C和Mn含量相同的情況下，用1.2％左右的Al替代1.3％左右的Si時(shí)，鋼板的抗拉強(qiáng)度降低100～150MPa;Nb可顯著提高鋼板

5、的強(qiáng)度同時(shí)對(duì)TRIP效應(yīng)影響較小，在C—Mn-Si或C—Mn—Al基礎(chǔ)上加入0.04左右的Nb可提高抗拉強(qiáng)度100MPa以上，與此同時(shí)，延伸率下降，屈強(qiáng)比顯著提高，這主要是Nb細(xì)化晶粒造成的;Cr是奧氏體穩(wěn)定化元素，在C—Mn-Si或C—Mn—Al基礎(chǔ)上加入0.3％左右的Cr可提高近60MPa的抗拉強(qiáng)度，而屈服強(qiáng)度和延伸率則降低。在熱鍍鋅工藝條件，Cr的加入使鋼板的性能傾向于雙相鋼的性能，微觀組織中也表現(xiàn)出馬氏體的存在，因此在實(shí)際工業(yè)化

6、生產(chǎn)中，不宜采用添加Cr的成分設(shè)計(jì);0.06％左右的P可提高鋼板的抗拉強(qiáng)度40～70MPa，同時(shí)延伸率和n值降低，鐵素體晶粒較不含P的鋼板細(xì)小?？紤]到P對(duì)鋼板的焊接性能不利影響，因此在實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)的鋼板中以不添加P為宜。
　　 當(dāng)鋼板的成分固定后，退火工藝對(duì)性能將起到?jīng)Q定性的作用，本文重點(diǎn)研究了兩相區(qū)保溫溫度和時(shí)間、冷卻速度以及貝氏體區(qū)等溫和時(shí)間對(duì)鋼板性能的影響，結(jié)果表明:在AC1～AC3兩相區(qū)保溫時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)間在10秒種

7、之內(nèi)就基本完成，當(dāng)保溫時(shí)間大于60秒后，奧氏體的轉(zhuǎn)變量趨于穩(wěn)定，不再隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加;在不同的貝氏體等溫溫度下，連續(xù)退火快速冷卻速度對(duì)性能的影響規(guī)律不同。當(dāng)貝氏體等溫溫度TOA=350℃時(shí)，屈服強(qiáng)度和延伸率隨著冷卻速度的提高而下降，而抗拉強(qiáng)度提高，屈強(qiáng)比下降。當(dāng)貝氏體等溫溫度TOA=400℃時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨冷卻速度的提高變化不明顯，而延伸率和強(qiáng)塑積均提高，退火鋼板的綜合性能最佳。隨著貝氏體等溫溫度的進(jìn)一步提高，當(dāng)?shù)葴販囟萒

8、OA=450℃時(shí)，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率隨冷卻速度的提高變化不大，而n值則提高;在熱鍍鋅合金化工藝中，隨著合金化溫度的升高，鋼板的屈服強(qiáng)度略有升高，而抗拉強(qiáng)度的變化則不大，n值普遍隨著合金化溫度的提高而降低;鋼板退火前的不同原始組織經(jīng)退火處理后均可得到較好的力學(xué)性能，退火處理后的異常（如工藝執(zhí)行偏離要求等）鋼卷可再進(jìn)行重退火，仍可得到性能優(yōu)越的TRIP鋼。
　　 根據(jù)這些規(guī)律，制定出了工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝，即對(duì)采用連續(xù)退火生

9、產(chǎn)的600MPa級(jí)別的TRIP鋼板，宜采用C-Mn-高Si的成分設(shè)計(jì)，0.12C-1.4Mn-1.2Si采用800℃×1min兩相區(qū)退火和400℃×2min以上的貝氏體轉(zhuǎn)變處理;而對(duì)于同樣級(jí)別的熱鍍鋅TRIP鋼，其成分則需要采用0.18C-1.4Mn-1.2Al或0.12C-1.4Mn-1.2Al-0.04Nb的成分設(shè)計(jì)。在寶鋼工業(yè)化生產(chǎn)機(jī)組上共冶煉了3爐鋼（300噸/爐），其中兩爐為高Si的TRIP鋼、一爐為高Al的TRIP鋼。先后進(jìn)

10、行了六次工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)，試制的厚度包括1.0、1.2、1.4和1.85mm，試制品種包括普通冷軋板、電鍍鋅和熱鍍鋅。試制的冷軋、電鍍鋅和熱鍍鋅TRIP600鋼板的實(shí)物性能均達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品水平，并成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)一些車型上，在其他性能保持不變的前提下，通過減薄替代軟鋼，具備10～20％的減重潛能;通過兩種成分的TRIP鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)并解決了TRIP鋼生產(chǎn)中的一些問題，例如高Si成分TRIP鋼的連鑄坯表面裂紋、高Al的TRIP鋼連鑄

11、的專用保護(hù)渣等。
　　 利用工業(yè)化生產(chǎn)的鋼板進(jìn)行了成形性、焊接、疲勞及烘烤硬化等使用試驗(yàn)性能方面的研究。結(jié)果表明，TRIP鋼不但具有良好的成形性能，而且還具有高的疲勞性能，可采用常規(guī)的工藝進(jìn)行焊接。特別是在烘烤硬化性能方面，表現(xiàn)出同固溶強(qiáng)化系列的烘烤硬化鋼板不同的規(guī)律，隨著預(yù)拉伸量的提高，TRIP鋼的BH2值提高而固溶強(qiáng)化系列的烘烤硬化鋼板則下降。
　　 所開發(fā)的冷軋TRIP鋼的Ms點(diǎn)在-60℃以下，具有較高的熱穩(wěn)定性。