為滿足車身減重和耐腐蝕性的需求，熱鍍鋅高強(qiáng)度鋼在汽車工業(yè)中的用量持續(xù)增長。因?yàn)榫哂械颓鼜?qiáng)比、高初始加工硬化指數(shù)、良好的均勻伸長率和烘烤硬化值，熱鍍鋅雙相鋼在近年被廣泛應(yīng)用。采用熱鍍鋅生產(chǎn)線生產(chǎn)雙相鋼的過程中，鋼帶從兩相區(qū)快速冷卻后必須在460℃處理以完成鍍鋅。該過程中，奧氏體容易轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，這導(dǎo)致雙相鋼的高屈服強(qiáng)度、低硬化能力和低斷后伸長率。為了解決上述問題，改善兩相區(qū)退火后奧氏體的穩(wěn)定性是十分必要的。但是如果過分添加碳錳及其它合金元素不僅會導(dǎo)致涂鍍性能惡化，并且會增加合金成本。在本研究中，鈮微合金化被用于開發(fā)一種低碳的780MPa級熱鍍鋅雙相鋼(簡稱開發(fā)鋼)，以改善鋼的強(qiáng)度塑性積。

實(shí)際生產(chǎn)雙相鋼的帶鋼運(yùn)行速度范圍在60—110m/min。以60m/min和110m/min為例，帶鋼運(yùn)行速度為60m/min時(shí)，帶鋼的加熱速度為1.6℃/s、均熱時(shí)間為109s、緩冷速度為8.8℃/s、快冷速度為18.8℃/s;帶鋼運(yùn)行速度為110m/min時(shí)，帶鋼的加熱速度為2.9℃/s、均熱時(shí)間為59s、緩冷速度為16.1℃/s、快冷速度為34.4℃/s。

當(dāng)生產(chǎn)厚規(guī)格帶鋼或者帶鋼板形質(zhì)量不佳時(shí)，有必要采用低帶速完成退火周期，但是這會導(dǎo)致低的冷卻速度并且增加帶鋼在均衡段和爐鼻子區(qū)域的停留時(shí)間，這將增加貝氏體轉(zhuǎn)變的可能性。

化學(xué)成分設(shè)計(jì)與分析

為了克服生產(chǎn)線冷卻能力的限制，在原來的設(shè)計(jì)中，高碳含量被用于增加奧氏體的穩(wěn)定性，并且應(yīng)用硅在鐵素體中的偏聚去間接穩(wěn)定奧氏體。

為了解決高碳含量帶來的焊接問題，開發(fā)了具有低碳體系的新成分，其碳含量僅為0.07%?？紤]到鍍鋅的影響，未加入硅，但由鋁代替。為了確保奧氏體的穩(wěn)定性以便在快冷過程中轉(zhuǎn)化為馬氏體，鉬和硼也被加入。為了消除氮和硼的結(jié)合，加入少量鈦起到固氮作用。值得注意的是，鈮作為晶粒細(xì)化元素被加入鋼中，鈮不僅可以細(xì)化鐵素體，而且可以細(xì)化兩相區(qū)退火過程生成的奧氏體。因?yàn)轶w積效應(yīng)，奧氏體將更加穩(wěn)定并在冷卻中轉(zhuǎn)化為馬氏體。

近年來，新日鐵公司為解決工程需要，得出了一個(gè)考慮多種元素綜合作用的碳當(dāng)量計(jì)算公式，本研究采用該公式評估參考鋼和開發(fā)鋼的碳當(dāng)量。該公式如下所示。

式中：各化學(xué)元素符號分別代表該元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，Ceq為碳當(dāng)量，Acarbon為碳適應(yīng)系數(shù)。

Acarbon表達(dá)式如下：

通過計(jì)算，參考鋼和開發(fā)鋼的碳當(dāng)量分別為

0.34，0.20。

試制及結(jié)果

為了獲得低的冷軋軋制力并確保帶鋼板形，熱軋板僅僅含有鐵素體和珠光體，避免出現(xiàn)低溫轉(zhuǎn)變相。熱軋關(guān)鍵溫度主要包括：再加熱溫度1210—1300℃，粗軋出口溫度1010—1100℃，終軋溫度870℃左右，卷取溫度650℃左右。

熱軋板的厚度為4.5mm，經(jīng)過酸洗后冷軋到1.8mm。

參考鋼與開發(fā)鋼的力學(xué)性能分別為Rp0.2：461、400MPa;Rm：820、814MPa;A80：16%、19%。參考鋼是在工業(yè)生產(chǎn)線上生產(chǎn)的并通過了光整軋制。開發(fā)鋼是在實(shí)驗(yàn)室獲得，未經(jīng)過光整軋制。

由以上力學(xué)性能數(shù)據(jù)可見，雖然開發(fā)鋼碳含量不到參考鋼的一半，但其力學(xué)性能相當(dāng)，說明鈮微合金化并配合鉬、鋁、硼、鈦的作用，可充分降低碳含量而不惡化力學(xué)性能。

通過分析Lepera試劑浸蝕的參考鋼與開發(fā)鋼的顯微組織可見，在參考鋼中，馬氏體島的尺寸較大，且馬氏體條帶明顯;但是在開發(fā)鋼中，馬氏體島的尺寸較小且馬氏體條帶消失。

雖然熱鍍鋅生產(chǎn)線退火參數(shù)調(diào)節(jié)的空間很小，但是每個(gè)重要的因素仍都需要關(guān)注。

1)兩相區(qū)奧氏體化后比完全奧氏體化后的奧氏體更加穩(wěn)定，在冷卻階段幾乎沒有珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變。

2)基于鍍鋅生產(chǎn)線的參數(shù)，快速冷卻速度在18—35℃/s，可以完全避開珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，因此快速冷卻對鋼種力學(xué)性能的影響在本研究中不關(guān)注。

考慮到奧氏體相變的過熱度，設(shè)定A1(奧氏體開始轉(zhuǎn)變的平衡溫度)或A3(奧氏體結(jié)束轉(zhuǎn)變的平衡溫度)溫度加50℃作為Ac1和Ac3在Ac1到Ac3的溫度區(qū)間內(nèi)選擇不同的溫度退火，以調(diào)查退火溫度對力學(xué)性能的影響。

通過分析兩相區(qū)退火溫度對開發(fā)雙相鋼力學(xué)性能的影響可知，740℃的低退火溫度使得開發(fā)鋼具有高的屈服強(qiáng)度和低的斷后伸長率。退火溫度為770℃時(shí)，開發(fā)鋼具有最低的屈服強(qiáng)度和最高的斷后伸長率。當(dāng)溫度進(jìn)一步上升，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都顯著升高，但是斷后伸長率惡化。上述現(xiàn)象的原因?yàn)殁壍奶砑訉?dǎo)致鐵素體在低溫退火情況下不能充分再結(jié)晶，然而高溫退火使得最終馬氏體含量增加。

綜上所述：1)基于首鋼的生產(chǎn)線，鈮添加可以減少碳在780MPa級雙相鋼中的含量，且可以獲得與高碳鋼相似的力學(xué)性能。2)鈮添加在鋼中明顯細(xì)化了馬氏體島，且馬氏體帶狀消失。(中國冶金報(bào))