连续退火冷轧双相钢板的屈服点延伸

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1993.02.005 第15卷第2期 北京科技大学学报 Vol.15 No.2 1993年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.1993 连续退火冷轧双相钢板的屈服点延伸 花礼先*王绪* 摘要：研究」合金成分和显微组织对连续退火冷轧双相钢板屈服点延伸的影响。实验结果表 明：冷轧双相钢板的屈服点延伸随着钢中的锰当量和马氏体体积分数增加而诚小。为了不发生 屈服点延伸，合金中的锰当量必须超过1.6】%，马氏体体积分数的门槛值为7%。 关键词：双相钢板，屈服点延伸，连续退火 The Yield-Point Elongation of Continuous Annealing Cold Rolled Dual-Phase Sheet Steel Hua Lixian'Wang Xu' ABSTRACT:The influence of alloy composition and microstructure on the yield-point elongation of continuous annealing cold-rolled dual phase sheet steel has been investigated.The experimental results denoted that the yidld-point elongation of cold-rol- led dual phase sheet steel decreases with increasing the manganese equivalence and the Martensite volume fraction in alloy.In order to prevent the yield-point elongation occur- ring the manganese equivalence in alloy must exceeds 1.61%.and the threshold value of Martensite volume fraction is 7%. KEY WORDS:dual-phase sheet steel.yield-point elongation.continuous annealing 双相钢板是一种强度高、成形性好的新型冲压用钢，它的一个显著特性就是无屈服点 延伸(YE),具有连续屈服行为（一般定义双相钢的YE<0.5%),冲压件表面光洁无折 皱。然而，实际工业生产的冷轧双相钢板，特别是经临界区退火后，冷却速度较小者，如 罩式炉批量退火或连续退火后空冷、气冷者，容易出现大于0.5%的屈服点延伸，使得失 去了双相钢板用作冲压件的优势。这也正是冷轧双相钢板在我国研究者甚多，始终未能形 成工业生产能力的关键。但国内外尚未见专门研究此问题的文献发表。 本试验研究了C-Si-Mn系冷轧双相钢板，在适合我国工业生产条件（临界区连续退 火后，冷速仅为10~30℃/s)下，不出现屈服点延伸，保证具有双相钢特性的控制条 *199209-18收稿 *材料科学与工程系(Department of Material Science and Engineering) 第一作者：男、57岁、副教授

第 15 卷 第 2 期 北 京 科 技 大 学 学 报 l ” 3 年 3 月 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S e i e n e e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g V o l . 1 5 N O . 2 、 l a r 。 19 9 3 连续退火冷轧双相 钢板 的屈 服点延伸 花礼 先 * 王 绪 * 摘要 : 研究 J’ 合 金成分 和 显微组 织 对连续 退 火冷 轧 双 相钢板 屈 服点延 仲 的影 响 。 实验结 果表 明: 冷车场双相 钢板的屈 服点延 伸 随着钢 中的锰当量和马 氏体体积分数增 加而减 小 。 为 了不发生 屈服点延 伸 , 合金 中的锰 当量必 须超过 1 . 61 % , 马 氏体体积分数 的门槛值 为 7 % 。 关键词 : 双相钢板 , 屈 服点延伸 , 连续退 火 T h e Y i e l d 一 P o i n t E l o n g a t i o n o f C o n t i n u o u s A n n e a l i n g C o l d R o ll e d D u a l一 P h a s e S h e e t S t e e l 万“ a 五认i a ,: * 肠 z烤 x u 堵 A B S T R A C T : T h e i n fl u e n c e o f a ll o y e o m P o s it i o n a n d m i e r o s t r u c t u r e o n t h e y i e ld 一 P o i n t e l o n g a t i o n o f e o n t i n u o u s a n n e a li n g e o ld一 r o ll e d d u a l Ph a s e s h e e t s t e e l h a s b e e n i n v e s t i g a t e d . T h e e x P e r im e n t a l r e s u lt s d e n o t e d t h a t t h e y i d ld 一 P o i n t e l o n g a t i o n o f e o ld 一 r o l - l e d d u a l P h a s e s h e e t s t e e l d e c r e a s e s w i t h i n e r e a s i n g t h e m a n g a n e s e e q u i v a l e n c e a n d t h e M a r t e n s it e v o l u m e fr a e t i o n i n a ll o y . I n o r d e r t o P r e v e n t t h e y i e ld一 Po i n t e l o n g a t i o n o c e u r - ir n g t h e m a n g a n e s e e q u i v a l e n e e i n a ll o y m u s t e x e e e d s 1 . 6 1% , a n d t h e t h r e s h o l d v a l u e o f M a r t e n s it e v o l u m e fr a e t i o n 1 5 7 % . K E Y W O R D S : d u a l一P h a s e s h e e t s t e e l , y i e ld 一 P o i n t e l o n g a t i o n , e o n t i n u o u s a n n e a li n g 双相 钢板 是一 种 强度 高 、 成形 性好的 新型 冲压 用钢 , 它 的一个显 著特性就是 无屈 服点 延 伸 ( Y 曰 , 具有 连 续屈 服行 为 (一 般定 义双 相 钢的 Y E < 0 . 5 % ) , 冲压件表面光洁无 折 皱 。 然而 , 实际工 业生产 的冷轧双 相钢 板 , 特别是经 临界 区退 火 后 , 冷 却速度较小者 , 如 罩式 炉 批量 退火或 连 续退 火后 空 冷 、 气 冷者 , 容 易 出现 大于 0 . 5 % 的屈 服点 延 伸 , 使得 失 去 了双相 钢板用作冲压件 的优势 。 这也 正是 冷轧双相 钢板 在我 国研究 者甚 多 , 始终未能 形 成工 业生 产能 力的关键 。 但国 内外 尚未见专 门研究此问题的文 献发表 。 本试验研究 了 C 一 iS 一 M n 系冷 轧双相 钢 板 , 在适 合我 国工 业生产 条件 ( 临界 区 连续 退 火 后 , 冷 速仅 为 10 ~ 30 ℃ / s) 下 , 不 出现 屈 服点 延 伸 , 保 证具有双 相 钢 特 性 的控 制 条 19 9 2一9 一 1 8 收稿 材料科学与工程系 ( D e p a r t m e n t o f M a t e ir a l s c i e n e e a n d E n g i n e e ir n g ) 第一 作者 : 男 、 57 岁 、 副教授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1993. 02. 005

·156· 北京科技大学学报 1993年No.2 件、为大规模工业生产冷轧双相钢板提供了可靠依据。 1 实验材料及方法 1.1实验材料 实验材料采用真京感应炉冶炼，其锭重和化学成分见表1。 表1钢的化学成分 Table 1 Chemical composition of steels 炉锭重 成分.% Mn当量，% kg C Mn Si P Cr Al 1 125 0.09 1.65 0.54 0.011 0.011 0.018 1.92 2 125 0.10 1.15 0.56 0.011 0.013 0.018 1.42 21 0.068 1.33 0.36 0.008 0.013 0.76 <0.0l 2.38 28.5 0.093 1.60 0.0045 0.008 1.61 5 28.5 0.083 1.29 0.0760.0077 1.44 6 28.5 0.073 1.58 0.85 0.0038 0.011 1.97 721 0.067 1.61 023 0.007 0.011 <0.01 1.73 钢锭径锻造开成(30×115×L)mm板坯，用四辊轧机径6个道次轧成(2.5×120× L)mm热带，酸洗后用：辊轧机经5~7个道次轧成(1.2×120×L)mm冷带。 1.2实验方法 将冷轧带切成(120×350)mm板状试块，在通有保护气体的箱式炉中加热，进行临 界区退火。加热温度选择在760℃、800℃和830℃，加热后用特制的喷气冷却装置进行喷 气冷却，冷却速度选择20℃/s和30℃/s,冷至200℃以下。每块处理好的试块，加工 成3个标准板状拉伸试样、（总长300mm,标距50mm,中心标距处宽度25mm)和金相 试样1个。 拉伸试验在：Shimadzu材料试验机上.进i,引伸仪为50mm标距，试验机给出载荷一 一位移曲线，由曲线上测出屈服点延伸值。 金相试样抛光后经Lepera试剂浸蚀，在图像分析仪(IBAS2000)上测定马氏体体积 分数并用计点法在光学显微镜下直接测定进行校核、最后用打描电镜照片，在图像仪上测 定马氏体体积分数作为参考订止。 2实验结果及分析 2.1屈服点延伸与锰当量的关系 各炉钢经800℃临界区加热退火后，以20℃/s和30℃/s的速度冷却，测定其屈服 点延伸(YE)与锰当量(Mng)的关系，结果见表2. 表2不同Mn,和冷却速度下的YE值，% Table 2 YE Value at diffrent Mneu and colling rate, 冷却速度 Mn% 1.42 1.44 c/s 1.61 1.73 1.92 1.97 2.38 (2) (5) (4) (7) (1) (6) (3) 20 3.0 1.7 0 0 0 3 1.1 0 0 0 0 0 0

1 5 6 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 3 年 N o . 2 件 , 为 大规模 工业 生产冷 轧双 相钢板 提 供了可 靠依据 。 1 实验材料及方法 1 . 1 实验材料 实验 材 料采 用 真空感 应炉 冶炼 , 其 锭 重和 化学 成分 见表 表 1 钢的化学成分 T a b l e 1 C h e m i e a l e o m OP s i石o n o f s t e l s 灯 , 锭 重 成分 “ 乞 号 k g 当量 一万一一丽一一万「一一一百一一不厂一一万万一一万一 Mn 当 量 , % 1 1 2 5 0 乃9 1 . 6 5 0 5 4 0 . 0 1 1 0 . 0 1 1 一 0 乃 1 8 1 . 9 2 2 1 2 5 0 . 1 0 1 . 1 5 0 . 5 6 0 乃 1 1 0习 13 一 0 . 0 1 8 1 4 2 3 2 1 0 . 06 8 1 . 3 3 0 . 36 0 . 0 0 8 0 , 0 1 3 0 7 6 < 0 . 0 1 2 . 38 4 2 8 . 5 0 . 0 9 3 1 . 6 0 一 0 . 0 0 4 5 0 . 0 08 一 1 . 6 1 5 2 8 . 5 0 . 0 8 3 1 . 29 一 O 、 0 7 6 0 . 伽〕7 7 一 1 . 月礴 6 2 8 . 5 0 . 0 7 3 1 . 58 0 . 8 5 0 一 0 0 3 8 0 . 0 1 1 一 1 . 9 7 7 2 ! 0 . 0 6 7 1 . 6 ! 0 . 2 3 0 . 0 0 7 0 . 0 1 1 一 < 0 . 0 1 1 . 7 3 钢锭 径 锻造开 成 ( 3 0 x 1 1 5 x L ) m m 板坯 , 用 四辊轧机径 6 个道 次轧成 ( 2 . 5 x 1 2 0 x )L m m 热 带 , 酸 洗后用 二1辊轧 机经 5 一 7 个道 次 轧成 ( 1 . 2 水 120 x )L m m 冷 带 。 L Z 实验方法 将 冷轧带切 成 ( 120 x 35 0) m m 板状 试块 , 在通 有保护气体的箱式炉 中加热 , 进行临 界 区 退火 。 加热温度选择在 7 60 ℃ 、 8 0 0℃ 和 8 30 ℃ , 加热后 用 特制的喷气冷却装置进行喷 气 冷 却 , 冷 却速 度 选 择 20 ℃ / S 和 30 ℃ / S , 冷 至 2 0 ℃ 以 下 口 每块 处 理好 的试块 , 加 工 成 3 个标准 板状 拉伸试 样 , (总 长 3 0 m m , 标距 50 m m , 中心标距处 宽度 25 m m ) 和金 相 试样 l 个 。 拉伸试验在 S hi m ad uz 材料 试验机 卜进 行 , 引伸仪 为 50 m m 标跟 , 试验 机给 出载 荷一 一位 移曲线 , 由曲线 卜测 出 屈服点 延伸仇 。 金相试样抛光 后经 L eP e ar 试剂 浸蚀 , 在图 像分 析仪 ( BI A S 2 0 0 0 ) 一 上测 定马 氏体体积 分数 并用i 十点法 在光 学 显 微镜 卜直接 测 定进 行 校核 , 最后 用扫 描 电镜照 片 , 在 图像仪 仁测 定 马氏 体体积分 数作 为参 考汀 IE 。 2 实验结果及分析 2 . 1 屈服点延伸 与锰 当t 的关 系 各炉 钢 经 8 0 ℃ 临 界认 加热 退 火后 , 以 20 ℃ / s 和 30 ℃ / S 的速 度 冷 却 , 测 定 其屈 服 点 延伸 ( Y 曰 与锰 当量 ( M ne , ) 的关 系 , 结果 见表 2o 表 2 不同 M ne , 和冷却速度 下的 Y E 值 , % T a b l e 2 Y E V a l u e a t d i附 e n t M n 。 , a n d c o ll i n g r a t e , % ` 冷却速度 , ℃ / 5 1 . 4 2 (2 ) 3 . 0 1 . 1 卜4 ( 5 ) 卜 l 《4 ) 2 0 3 0 了

Vol.15 No2 连续退火冷轧双相钢板的屈服点延伸 ·157· 括号内数为炉号 由表2可见，在800℃临界区加热退火，以20~30℃/s冷却的条件下，钢的锰当量 >l.61%,即可避免出现屈服点延伸。Mng的计算是据Katoh H的表达式)： Mng=Mn(%)H0.45Si(%+1.15Cr(%)+2P(%) 这是因为在热温度和冷却速度一定 的条件下，钢的锰当量越高，越容易获 得马氏体组织，而且马氏体转变点Ms 点越低，发生A→M转变的温度越 低，因而有利于在铁素体中形成高密度 的可动位错。如图1所示，铁素体中有 很高的位错密度。正如文献[2]指出， 在马氏体岛周围的铁素体中有高密度可 动位错存在，是产生连续屈服的条件。 0.674m 图1铁素体中的位错分布(TEM) Fig.1 Dislocation in ferrite (TEM) 由表2还可看出，冷却速度由20℃/s增至30℃/s,不出现屈服点延伸的锰当量可 由1.61%下降到1.44%。这是因为冷速增加，可使马氏体转变时应力增加，而使得位错 密度增加。同时由于冷速增加，试样在较高温度下停留的时间减少，位错被C、N原子 钉扎的可能性诚小，从而使可动位错数量增多。文献〔3)指出，较快的冷速可使双相钢 连续屈服必要的马氏体量减少。 2.2屈服点延伸(YE)与马氏体体积分数(M%)的关系 图2曲线是锰当量>1.61%的各炉钢(1、3、4、6、7)，YE与M%的关系汇总。 曲线表明，C-Mn-Si系冷轧双相钢板，当锰当量1.61%，在760~830℃加热，冷 速>10℃/s时，只要M%>7%~8%,即可保证不出现屈服点延伸。双相钢中 M%=7%~8%的分布如图3。 01林 0.9 P8售 ( 3 10 20 30 40 马氏体体积分数 M,% 图2马氏体体积分数对屈服点延伸的影响 图3铁素体+马氏体(SEM) Fig.2 Effect of Martensite volume fraction (%)on Fig.3 Ferrite and Martensite(SEM)

o V l . 1 5 N 0 连续退 火冷轧双相 钢板 的屈服点延 伸 1 5 7 2 括号内数为炉号 由表 可见 2 , 在 8 0 ℃ 临界 区加热退火 , 以 20 一 30 ℃ / S 冷却的条件下 , 钢的锰 当量 》 1 . 6 1% , 即可避免 出现屈服点延伸 。 M ne , 的计算 是据 K at o h H 的表达式 〔’ 〕 M n e q = M n (% ) + o · 4 5 5 1(% ) + l · 1 5 C r (% ) + Zp (% ) 这是 因为在热温度和冷却速 度一 定 的条件下 , 钢的锰 当量越高 , 越容易获 得马 氏体组织 , 而且马 氏体转变 点 M s 点越 低 , 发 生 A ~ M 转变 的 温 度越 低 , 因而 有利于在铁素体中形成高密度 的可 动位错 。 如 图 1 所示 , 铁素体 中有 很 高 的 位错 密 度 。 正 如 文 献 2[] 指 出 , 在马 氏体岛周 围 的铁素体中有高密度可 动位错存在 , 是产生连续屈服 的条件 。 图 l 铁素体中的位错分布(T EM ) F ig . l D i s l o e a it o n i n fe ir t e (T E M ) 由表 2 还可 看出 , 冷却速 度由 20 ℃ / s 增 至 30 ℃ / s , 不 出现屈 服点延 伸的锰 当量可 由 1 . 6 1% 下 降到 1 . 4 4 % 。 这是 因为冷 速增 加 , 可使 马 氏体转变 时 应 力增 加 , 而使得位错 密度增 加 。 同时 由于 冷速 增 加 , 试样 在 较 高温 度 下停 留的 时 间减少 , 位错被 C 、 N 原子 钉扎的可 能性减小 , 从而使可 动位错数量 增 多 。 文献 〔3〕 指 出 , 较快的冷速可 使双相 钢 连续屈 服必 要 的马 氏体量 减少 。 .2 2 屈服点延伸(Y )E 与 马 氏体体积分数(M % )的关 系 图 2 曲线是锰当量> 1 . 61 % 的各炉钢 ( 1 、 3 、 4 、 6 、 7 ) , Y E 与 M % 的关系汇 总 。 曲线表明 , C 一 M n 一 is 系冷 轧双 相钢 板 , 当锰当量 > 1 . 61 % , 在 76 0一 8 30 ℃ 加 热 , 冷 速 > 10 ℃ / s 时 , 只 要 M % > 7 % 一 8% , 即 可 保 证 不 出 现 屈 服 点 延 伸 。 双 相 钢 中 M % = 7 % 一 8% 的分布如图 3 。 上 0 1# 、 0 3# , 。 ; . 6# O O 一一一竺 分 — _ 、 . 护 { ) 飞 、 一 O、 -叫口。 叫口 ` 门润沪门 J . - , J se , 尸 , J - 凡凡户 气 J ` 尸~ 叫目几 , 、 户 -气知 ~ . 匕 一 一一 1 0 2 0 马 氏体 体积 分 数 3 0 M , % 嚼侧城母麟囚加à( 图 2 马氏体体积分 数对屈服 点延伸 的影响 iF g . 2 E fe e t o f M a r t e n is t e v o l u m e fr a e t i o n (% ) o n 图 3 铁素体+ 马氏体(S EM ) F ig . 3 F e r r i et a n d M a r 忱n s iet ( S E M )

·158· 北京科技大学学报 1993年No.2 3结论 C-Mn-Si系连续退火冷轧双相钢板，当退火温度为760℃~830℃，冷却速度为(10 一30)℃/s时、为了保证连续屈服，不出现明显的屈服点延伸，必需具备下述条件： (1)Mn当量>1.61%；(2)马氏体体积分数>7%~8%. 参考文献 I Katoh H,Takedi H,Takashi N.Abe M.AIME,1985:37 2 Rigshee J M.Vander Arend P L.In:Dvenport A T ed.Formable HSLA and Dual-phase Steels.TMS/AIME,New York,1979:56 3 Hansen S S,et al.In:Kot R A and Bramfitt B L.Fundamental of Dual-phase Steels.TMS/AIME.New York,1981:113 学术会议动态 中国金属学会第八届冶金过程物理化学学术会议于1992年10月9日至10月13日在 苏州东山举行。参加会议的代表共120人，会议听取了魏寿昆教授关于“我国钢铁工业的 发展战略”、王景唐教授“关上纳米级材料的物理化学”、陈念贻教授关于“模式识别专家系 统在材料科学和生产中的应用·等大会报告、并分成“冶金热力学”，“冶金熔体和溶液”，“冶 金动力学和电化学”，“计算机在冶金物化中的应用”4个组宣读了论文113篇。官读的论文 表明我国学者在半导体、炉渣，熔盐的热力学方面，在熔渣、水溶液结构研究等方面研究 工作都有显著的进展；动力学及反应工程学研究结合我国工业和资源利用，解决了一批重 要问题。 我样魏寿昆教学的论文“我国钢铁工业的发展战略”、李文超教授的论文“冶金物化发 展趋势”、张鉴教授的论文“炉渣结构的共存理论在多元渣系上的应用”和洪彦若教授的论 文“国体电解质电池研究RE-O-F系的热力学性质"均获得大会优秀论文奖

15 8 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 3 年 N o 之 3 结 论 nU l d n ( C 一 M a n 一 5 1 系连续退 火冷轧 双相钢板 , 当退 火温 度为 7 60 ℃ 一 83 0 ℃ , 冷却速 度为 一 30 ) ℃ / s 时 , 为 了保证连续 屈 服 , 不 出现明 显的 屈服点 延伸 , 必 需具备下述条 件 : ( 1) M n 当量 > 1 . 61 % ; ( 2) 马 氏体体积分数> 7 % 一 8% 。 参 考 文 献 1 K a t o h H , T a k e d i H , T a k a s h i N , A b e M . A I M E , 19 8 5 : 3 7 2 R i g s h e e J M , V a n d e r A r e n d P L . I n : D v e n P o r t A T e d . F o mr a b l e H S L A D u a l一 P h a s e S t e e l s · T M S / A I M E , N e w Y o r k , 19 7 9 : 56 3 H a n s e n 5 5 , e t a l . I n : K o t R A a n d B r a m if t t B L . F u n d a m e n t a l o f D u a l一 Ph a s e S t e e l s . T M S / A I M E , N e w Y o r k , 19 8 1 : 11 3 学术会议动 态 中国金 属学 会第八届 冶金 过 程物理化学学 术会议于 19 92 年 or 月 9 日至 10 月 13 日在 苏 州东 山举 行 。 参加 会议 的 代表 共 120 人 , 会议 听取 了魏寿昆教授关 于 “ 我 国钢铁工 业 的 发 展战略 ” , 王景 唐教授 “ 关 于纳 米级 材料的 物理化学 ” , 陈念 贻教授关 于 “ 模式识别专 家系 统在 材料 科 学和 生产 中的应 用 “ 等大 会报 告 , 并分成 “ 冶金 热力学 ” , “ 冶金 熔体和 溶液 ” , “ 冶 金动 力 学和 电化学 ” , “ 计算机在 冶金 物化 中的应 用 ” 4 个组 宣读 了论文 1 13 篇 。 宣 读的论 文 表 明我国学 者在 半导体 、 炉 渣 、 熔 盐的 热力学方 面 , 在熔 渣 、 水溶 液结构 研究 等方面研 究 工作都有 显 著的进展 ; 动 力学 及反 应 工程学 研究结 合我 国 工 业 和 资源利用 , 解决 了一 批 重 要 问题 。 我样 魏寿 昆教 学 的论 文 “ 我 国钢铁 工 业 的 发展 战 略 ” 、 李 文超 教 授的论 文 “ 冶 金物 化发 展趋 势 ” 、 张 鉴教 授的论 文 “ 炉渣结 构的共存理论 在 多元 渣 系 L 的应 用 ” 和洪 彦若教授 的 论 文 “ 国体电解 质电池研 究 R E 一 O 一 F 系 的热力学 性 质 ” 均 获得 大会优 秀 论文 奖