宝钢热轧TRIP钢和热轧DP钢的研发

1、郑芳，郑磊，刘孝荣，唐文军（宝钢研究院，上海） 摘要：简要介绍了在宝钢热连轧厂建设的同时，热轧钢和热轧钢等热轧先进高强度钢开发的情况。相对于以往的高强度热轧产品言，这类钢种在具有高强度的同时可具有好的塑性。实验室试验和工业试制的结果表明：采用“以水代合金”的设计思想，通过经济、合理的成分设计，结合有效的轧后分段控制冷却技术，可得到不同比例的软硬相组织，通过调整不同相比例可得到高强度和良好的塑性配合的力学性能。 前言      对车辆减重节能及安全性的要求日益提高，促进了先进高强度钢（）的发展。由于具备优良的强塑综合性能，（）钢和钢（，

2、双相钢）是先进高强度钢的重要组成。早期的钢和钢由于需含较高的镍、铬等贵重合金，使其应用受到限制。      随着人们对绿色冶金和循环经济的重视，如何有效利用资源、降低制造成本、充分利用“水作为合金元素”的新理念，用经济的合金设计、结合控轧及终轧后的控制冷却来生产先进高强钢已成为技术发展的主流。宝钢结合热连轧厂的建设进行热轧先进高强度钢产品的开发。采用经济、合理的成分设计和不同的轧后分段冷却制度，在实验室获得了不同强度级别先进高强度钢，并在工业性试生产中得到验证。本文重点介绍热轧钢和热轧钢的实验室研究和工业性试生产情况。本研究开发的目标产品是满足

3、标准的热轧、和、等先进高强度钢，其要求的性能指标如表所示，需具有良好的强塑综合性能。实验室研究试验材料和试验方法      在实验室用真空感应炉冶炼试验用钢和钢，成分经济，含碳、硅、锰，其成分范围见表。在实验室热轧试验机组上进行热轧试验和随后的分段式控冷试验，其中粗轧总压下率和精轧总压下率分别大于和。从轧制好的试验薄板上制备金相试样，用型号的金相显微镜观察纵向金相组织；采用型背散射电子衍射仪（）、型号扫描电镜和日本理学型射线能谱衍射仪对典型的组织进行定性与定量分析。制备拉伸试样，试样有效标距为，在型拉伸试验机进行拉伸性能试验以测定试验钢的强度、

4、延伸率和值等力学性能。钢实验室研究结果与讨论显微组织与钢性能的关系      采用金相显微镜、和射线衍射仪对试验钢的分析结果表明，显微组织是由“铁素体贝氏体（含马氏体）残余奥氏体”组成，具有典型的特征。表列出不同成分试验钢组织和性能的关系，随着钢中的铁素体含量降低、贝氏体（含马氏体）和残余奥氏体含量增加，钢的强度和强塑积·值上升。碳与硅和锰含量对钢力学性能的影响      图反映了碳含量对热轧钢力学性能的影响。在工艺条件相近的情况下，硅和锰含量分别为和，当碳含量从增加到时，反映钢性能的强塑积指标

5、，在 碳含量范围内，随碳含量增加强塑积的变化不大；但当碳含量超过 时，抗拉强度随碳含量增加而增加的幅度加大，而延伸率下降较缓，其强塑积随之提高，达到。这主要是因为碳对降低钢的点、提高残余奥氏体的稳定性作用明显。对比表的数据可以看到，当碳含量从提高到时，试验钢中的残余奥氏体从增加到。这表明碳含量对提高钢的强塑性综合指标有重要影响。      除碳以外，锰也是扩大奥氏体区的元素，一般认为，在热轧钢中增加锰含量有助于降低马氏体转变温度，提高残余奥氏体的稳定性，有利于增加室温下的残余奥氏体含量。但本研究表明，碳含量不同，增加锰元素对钢的力学性能影响作用不同。&#

6、160;      在碳含量较低时，如 ，提高锰含量可在不降低延伸率的情况下提高钢的强度，进而提高试验钢的强塑积；在碳含量相对较高时，如为时，锰含量提高可提高钢的强度，但引起延伸率的明显下降，对强塑积并无显著的改善。可见，锰含量对热轧钢拉伸性能的影响与其碳含量的水平有关。      从不同碳含量情况下锰含量对热轧试验钢拉伸性能的试验结果来看，可以认为在碳含量较低时，适当增加锰含量可提高残余奥氏体的稳定性；但在碳含量较高时，如果锰含量过高，在拉伸性能上表现为抗拉强度显著增加，而延伸率下降，钢的强塑积无明显改

7、善或有所降低。因此，需要根据钢的不同强度等级和碳含量的多少确定锰含量的范围。硅含量影响试验钢的拉伸性能。在碳和锰含量相同时，提高硅含量可在对延伸率影响较小的情况下显著提高钢的抗拉强度，进而提高钢的强塑积。 轧后分段冷却制度对热轧钢力学性能的影响      在实验室研究了分段冷却中间缓冷温度、中间缓冷时间和卷取温度对钢力学性能的影响。试验结果表明，以大于的冷速快速冷却至中间温度停留，再以不低于的冷速冷却至贝氏体转变温度，等温适当时间后空冷或卷取成钢卷后空冷，可以获得合适的组织与性能。实验室热轧和热轧试验钢的力学性能  

8、0; 通过调整碳、硅、锰含量，在相应的轧制和冷却条件下可以获得强塑积达的级热轧钢和强塑积达的级的热轧钢，力学性能如表所示，满足表所示的标准要求。钢实验室研究结果与讨论硅含量和中间缓冷温度对力学性能的影响     实验室研究了不同硅含量对热轧钢的力学性能影响。、和钢的碳和锰含量基本相同，但硅含量分别为、 和。经过相同的轧制和冷却工艺，其性能不同，表明硅对热轧钢的影响复杂。图为硅对热轧钢力学性能的影响，在不同中间缓冷温度下，增加硅含量对试验钢的组织和力学性能的影响规律有所不同。中间缓冷温度为时，增加硅含量可使试验钢的屈服强度和抗拉强度增加，延伸率上升，屈强比

9、降低。这是由于硅属于置换型合金元素，通过固溶强化可提高钢的强度；同时硅是铁素体形成元素，在热轧钢的轧后缓冷阶段中硅主要促进铁素体生成，通过相变时成分的再分布，使碳向未转变的奥氏体中富集，进而提高奥氏体的淬透性能，有利于在第二阶段快速冷却阶段中形成马氏体。中间温度为左右，硅含量较高钢的抗拉强度低于硅含量较低的钢。图中，含硅较高的试验钢延伸率较高，而抗拉强度低于试验钢。这是由于硅提高了铁素体相转变温度，在时，所形成的铁素体量不够多，奥氏体在接下来的冷却过程中转变为贝氏体。和试验钢在此中间缓冷温度时组织均为铁素体和贝氏体，钢的铁素体百分含量高于钢，贝氏体含量较低，因此钢的抗拉强度较低。中间缓冷温度对

10、热轧钢的强度、延伸率和屈强比性能影响非常关键。由图还可知，当缓冷温度为时，屈强比低，延伸率较高，综合性能优异，符合钢性能要求；但当缓冷温度为时，屈服强度高，抗拉强度低，导致屈强比过高，不符合钢性能要求；当缓冷温度为时，屈强比较高，不符合钢性能要求。因此，适当的中间缓冷温度应该为左右。锰含量对钢力学性能的影响      图为锰含量变化对力学性能的影响。随着锰含量的增加，抗拉强度增加，延伸率下降，当锰含量为时，屈服强度和屈强比最小，综合性能最优。锰含量较低时，铁素体相变后的残余奥氏体不稳定，在冷却过程中容易相变为贝氏体组织，不能得到钢要求的铁素体和马氏体钢组

11、织。由图（）可知，当锰含量为时，试验钢组织为铁素体和贝氏体。但如果锰含量过高，将会过分稳定奥氏体，抑制硅元素促进铁素体析出的作用，使铁素体析出的百分含量低，残余奥氏体的碳含量减少，反而降低了缓冷后钢的淬透性。由图（）可知，当锰含量为 时，组织为含量较低的铁素体、较高含量的贝氏体和少量的马氏体。只有当锰含量合适时，如锰含量为时，可获得如图（）的铁素体马氏体钢双相组织。 实验室热轧和热轧试验钢的力学性能      试验结果表明，终轧后以不低于的冷速先冷却至的温度停留，再以不低于的冷速冷却到低于的冷却终止温度并卷取成钢卷。通过调整碳、硅、锰含量，通过

12、热轧后分段控制冷却工艺，可获得性能优异的级和级热轧钢，具有高的延伸率和低的屈强比，延伸率分别达到和，屈强比分别为和，性能满足表所示的标准要求，如表所示。工业试制     在实验室研究结果的基础上，结合宝钢热连轧机组功能考核，进行热轧钢和热轧钢的工业试制。热轧钢试制结果      对终轧温度和轧后分段冷却工艺控制在设定范围内的钢卷进行实物分析。组织为铁素体、贝氏体组织、少量马氏体和少量残余奥氏体，如图为试制钢金相照片。屈服强度为、抗拉强度为、，标距时延伸率为，达到了开发目标要求，如表所示。钢试生产结果      试生产钢卷中，如果轧后分段冷却控制在设定范围内，可获得钢组织与性能要求。最终组织为等轴铁素体和马氏体，如图所示为试制钢的金相照片。屈服强度为，抗拉强度为，标距时延伸率为，屈强比，符合设计要求，如表所示。结论      宝钢开发的和钢具备成分简单、经济合理的特点，实现了“以水代合金