低成本C-Si-Mn-Cr系热轧双相钢组织演变机理与工艺研究

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热轧双相钢以其优异的综合性能使其能够广泛的应用于汽车、石油、船舶和建筑等领域。近些年,“以热代冷”产品尤其高强度汽车用钢不仅可以大量节省工艺、降低能源消耗,还可以使汽车重量减轻,使其兼顾了安全性与节能性的目标。热轧双相钢是一类应用范围广泛的、极具有市场竞争优势的钢铁材料,将对我国汽车制造业的快速发展发挥越来越重要的作用。本文依托RAL国家重点实验室与涟钢高强钢开发课题为背景,为了降低成本,减少合金元素添加,在低Si-Cr成分设计原则上生产热轧双相钢,通过熔炼不同Si和Cr含量的双相钢,以控制Si.Cr含量、终轧温度、超快冷出口温度和卷取温度为主线,通过热模拟实验和实验室热轧实验对双相钢组织机理进行了系统深入的研究,配合超快速冷却技术,获得良好力学性能的热轧工艺,为双相钢的实际生产提供理论基础及实验数据,以满足现场大批量生产需求。论文的主要工作及研究成果如下:(1)运用热膨胀曲线,通过优化处理可以得到相对应的相变动力学曲线,相变动力学曲线可以很好的反应出新相形成过程与新相形成速度,结合相变动力学曲线与热膨胀曲线,临界温度可以得到准确的确定。同时根据奥斯汀一里基特指数n的变化,可以将先共析转变过程很好的描述出来,在新相形成过程中,尤其是先共析转变过程,优先析出的是棱边铁素体。(2)进行了奥氏体连续冷却相变实验研究,静态热模拟实验中,实验钢铁素体相变开始温度区间:665℃-580℃,贝氏体相变开始温度区间为:531-501℃。动态热模拟实验中,实验钢铁素体相变开始温度区间为:668-808℃。变形促进了铁素体相变,在一定程度上抑制了贝氏体相变,同时随着冷却速度的增大,过冷奥氏体连续冷却的相变点降低。(3)合金元素Si和Cr的添加均使得Ac1、Ac3温度升高,同时降低Ms点,但是降低幅度很小。合金元素Si的添加在低的冷却速度下对铁素体相变温度提高近30℃,提高效果明显,合金元素Si的添加有助于加快铁素体相变过程。同时合金元素Cr含量增加后,在40℃/s时,出现了马氏体组织。合金元素Cr的添加有助于马氏体的析出,同时起到一定的抑制贝氏体相变的作用。(4)奥氏体化温度越低,相变前的奥氏体品粒尺寸越细小。减小相变前奥氏体晶粒尺寸,能够同时促进棱边铁素体析出量和析出速度,冷却速度增大,相变总时间显著缩短,同时冷却速度增加,铁素体体积分数中棱边形核占比高,且析出快。奥氏体化温度越低,铁素体相变温度提高,铁素体更易析出,同时在未完全奥氏体化的情况下,后续相变过程中的铁素体始终大量存在。完全奥氏体过程到奥氏体化程度较低的过程变化中,贝氏体的相变区域是增加,然而区间扩大而体积分数是降低的,发生贝氏体转变的温度也是逐步降低,这说明碳含量的影响更为主要,而相变驱动力的影响相对来说要更为弱化。随着奥氏体化温度降低,珠光体相变与马氏体相变区间均得到扩大。(5)合金元素Si和Cr的添加均有助于提高实验钢的屈服强度和抗拉强度。随着终轧温度和超快冷出口温度的降低,实验钢的屈服强度和抗拉强度均得到提高。采用半无头轧制可以有效提高板型质量,减少穿带过程造成的轧辊磨损,提高成材率。(6)结合实验室研究与涟钢现场冶炼工艺和轧制工艺,得出现场实验钢的最优的工艺窗口为:终轧温度795-814℃,超快冷出口温度680-700℃,空冷时间2.6-3.3s,卷取温度200-300℃。在此工艺窗口,实验钢得到的金相组织均为铁素体和马氏体,屈服强度350-395MPa,抗拉强度为600-645MPa,屈强比0.56-0.68之间,延伸率25%-31%,符合DP580的标准要求。
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