·224· 工程科学学报，第38卷，第2期 KEY WORDS low-earbon steel:multiphase steel;pretreated microstructure:morphology:mechanical properties 为适应节约能源、降低成本、汽车轻量化和提高安 奥氏体化 全性的要求，研发具有低成本的高强高塑钢是未来汽 车用钢发展的一个基本定位.通过合理的组织调控获 得高强度与高塑性相结合的低碳钢是目前钢种开发的 750.30min 热轧 重点.从铁素体+马氏体双相钢(DP)-网、铁素体+ ---一-1 贝氏体+残余奥氏体组成的相变诱导塑性(TRP) 水许 单相区 学+u双相区 钢可以及马氏体+残余奥氏体为主的淬火一碳配分 轧制、 一轧制 3501.180= (Q&P)钢-等，均通过组织调控实现低碳硅锰钢高 -M 水 水泽 强度和高塑性.研究表明-，TRP效应是提高材料 -200-1” 塑性的有效方法，采用不同的热处理工艺对组织中残 P 余奥氏体进行调控使其产生更多的TP效应成为现 今的研究热点.近年来，Santofimia等通过临界区再 图1热处理工艺示意图 加热一淬火一中温碳配分(IQ&P工艺)热处理方法对低 Fig.I Schematics of heat treatment processes 碳硅锰钢进行组织调控，获得由亚温铁素体、马氏体及 上进行室温拉伸试验，应变速率为103s.切取 残余奥氏体组成的多相钢，实现强度与塑性的良好结 10mm×10mm样品，经研磨、抛光和4%硝酸乙醇溶液 合.显然，通过调控基体中多相组织，在各类基体中获 侵蚀后，由SSX-550扫描电镜(SEM)进行显微组织观 得弥散而稳定的残余奥氏体是获得优良强塑性的核心 察，利用透射电镜(TEM)分析残余奥氏体形貌，利用 问题，也是现阶段研究的重点 D/MAX2500PCX射线衍射仪(XRD)对多相钢中残余 因此，笔者以低碳硅锰钢为研究对象，采用γ单相 奥氏体含量进行定量计算(Cu靶，扫描角度40°~ 区和y+α双相区热轧后直接淬火工艺获得2种不同 100°，工作电压40kV,电流150mA,步宽0.02°，扫描速 的预处理组织（马氏体及马氏体+铁素体），随后经双 率0.3°·min).为了减少织构的影响，提高测量精 相区IQ&P处理工艺，研究低碳钢不同预处理组织对 度，采用五峰法a分别选择奥氏体的(200)，(220)， IQ&P工艺处理后的多相组织特征、残余奥氏体形貌以 (311),以及铁素体的(200)。、(211).衍射峰进行研 及力学性能的影响规律，为高强度与高塑性低碳钢的 究，对各晶面的衍射线累积强度进行计算，最终得到残 生产奠定实践基础 余奥氏体的体积分数 1 实验材料及方法 2实验结果及分析 实验用钢化学成分（质量分数，%）为：C0.20, 2.1经热轧淬火后钢的预处理组织特征 Si0.37,Mn1.37,P0.0032,S0.0014,B0.0018,余量 图2为实验钢的预处理组织形貌.其中图2(a)为 为Fe.材料经50kg真空熔炼炉冶炼后，锻造成厚度为 在γ单相区轧制淬火得到的典型的板条马氏体组织， 80mm的小方坯.采用热膨胀法测得A3=844℃， 同一晶粒内含有不同位向的板条马氏体.图2(b)为 A。=718℃，A3=737℃，A4=625℃，M,=345℃.轧 在y+α双相区轧制淬火得到的马氏体+铁素体组 制工艺以及热处理工艺如图1所示(T为温度，【为时 织，钢中马氏体组织呈板条状或块状，而铁素体组织存 间).将实验用钢在高温箱式加热炉中加热到1200℃ 在于原奥氏体晶界处或马氏体块内部，呈近似等轴状， 保温2h,1100℃开轧经3道次轧制到55mm待温，至 尺寸较小.这是由于在Y+α双相区轧制，铁素体优先 950℃经过7道次轧制成5mm厚的钢板，终轧温度为 在奥氏体晶界处形核并长大，继续变形在铁素体晶粒 850℃(y单相区)和700℃(y+a双相区)，水冷至室 内部将产生大量的位错和亚结构，由于来不及回复再 温，得到2种不同预处理组织的钢.将上述两种钢再 结晶使得未转变的奥氏体晶粒中出现大量的变形带， 加热到750℃保温30min,随后以60℃·sˉ的冷速冷 作为铁素体形核位置，促进铁素体在奥氏体内部形成， 却到220℃保温10s,迅速放置在箱式电阻炉中350℃ 从而细化奥氏体晶粒 保温180s,最后水淬至室温(IQ&P工艺). 2.2经IQ&P处理后钢的显微组织特征 将上述热处理后的钢板线切割成拉伸试样，尺寸 图3为预处理组织为马氏体的钢经IQ心P处理后 为4mm×9.6mm×59mm,标距为25mm.按照国标 的显微组织.由图3(a)可见，经过IQ&P处理后钢由 GB/T228一2002在INSTR0N5969型电子万能试验机 亚温铁素体(F)、回火马氏体(TM)及一定比例的工程科学学报，第 38 卷，第 2 期 KEY WOＲDS low-carbon steel; multiphase steel; pretreated microstructure; morphology; mechanical properties 为适应节约能源、降低成本、汽车轻量化和提高安 全性的要求，研发具有低成本的高强高塑钢是未来汽 车用钢发展的一个基本定位． 通过合理的组织调控获 得高强度与高塑性相结合的低碳钢是目前钢种开发的 重点． 从铁素体 + 马氏体双相钢( DP) ［1--2］、铁素体 + 贝氏 体 + 残余奥氏体组成的相变诱导塑性( TＲIP) 钢［3--5］以及马氏体 + 残余奥氏体为主的淬火--碳配分 ( Q＆P) 钢［6 － 8］等，均通过组织调控实现低碳硅锰钢高 强度和高塑性． 研究表明［9--14］，TＲIP 效应是提高材料 塑性的有效方法，采用不同的热处理工艺对组织中残 余奥氏体进行调控使其产生更多的 TＲIP 效应成为现 今的研究热点． 近年来，Santofimia 等［15］通过临界区再 加热--淬火--中温碳配分( IQ＆P 工艺) 热处理方法对低 碳硅锰钢进行组织调控，获得由亚温铁素体、马氏体及 残余奥氏体组成的多相钢，实现强度与塑性的良好结 合． 显然，通过调控基体中多相组织，在各类基体中获 得弥散而稳定的残余奥氏体是获得优良强塑性的核心 问题，也是现阶段研究的重点． 因此，笔者以低碳硅锰钢为研究对象，采用 γ 单相 区和 γ + α 双相区热轧后直接淬火工艺获得 2 种不同 的预处理组织( 马氏体及马氏体 + 铁素体) ，随后经双 相区 IQ＆P 处理工艺，研究低碳钢不同预处理组织对 IQ＆P 工艺处理后的多相组织特征、残余奥氏体形貌以 及力学性能的影响规律，为高强度与高塑性低碳钢的 生产奠定实践基础． 1 实验材料及方法 实验用 钢 化 学 成 分( 质 量 分 数，% ) 为: C 0. 20， Si 0. 37，Mn 1. 37，P 0. 0032，S 0. 0014，B 0. 0018，余量 为 Fe． 材料经 50 kg 真空熔炼炉冶炼后，锻造成厚度为 80 mm 的 小 方 坯． 采 用 热 膨 胀 法 测 得 Ac3 = 844 ℃， Ac1 = 718 ℃，Ar3 = 737 ℃，Ar1 = 625 ℃，Ms = 345 ℃ ． 轧 制工艺以及热处理工艺如图 1 所示( T 为温度，t 为时 间) ． 将实验用钢在高温箱式加热炉中加热到 1200 ℃ 保温 2 h，1100 ℃开轧经 3 道次轧制到 55 mm 待温，至 950 ℃经过 7 道次轧制成 5 mm 厚的钢板，终轧温度为 850 ℃ ( γ 单相区) 和 700 ℃ ( γ + α 双相区) ，水冷至室 温，得到 2 种不同预处理组织的钢． 将上述两种钢再 加热到 750 ℃ 保温 30 min，随后以 60 ℃·s － 1的冷速冷 却到 220 ℃保温 10 s，迅速放置在箱式电阻炉中 350 ℃ 保温 180 s，最后水淬至室温( IQ＆P 工艺) ． 将上述热处理后的钢板线切割成拉伸试样，尺寸 为 4 mm × 9. 6 mm × 59 mm，标距为 25 mm． 按照国标 GB / T228—2002 在 INSTＲON5969 型电子万能试验机 图 1 热处理工艺示意图 Fig． 1 Schematics of heat treatment processes 上进 行 室 温 拉 伸 试 验，应 变 速 率 为 10 － 3 s － 1 ． 切取 10 mm × 10 mm 样品，经研磨、抛光和 4% 硝酸乙醇溶液 侵蚀后，由 SSX--550 扫描电镜( SEM) 进行显微组织观 察，利用透射电镜( TEM) 分析残余奥氏体形貌，利用 D /MAX2500PC-X 射线衍射仪( XＲD) 对多相钢中残余 奥氏体含量进行定量计算( Cu 靶，扫 描 角 度 40° ～ 100°，工作电压40 kV，电流150 mA，步宽0. 02°，扫描速 率 0. 3°·min － 1 ) ． 为了减少织构的影响，提高测量精 度，采用五峰法［16］分别选择奥氏体的( 200) γ、( 220) γ、 ( 311) γ以及铁素体的( 200) α、( 211) α 衍射峰进行研 究，对各晶面的衍射线累积强度进行计算，最终得到残 余奥氏体的体积分数． 2 实验结果及分析 2. 1 经热轧淬火后钢的预处理组织特征 图 2 为实验钢的预处理组织形貌． 其中图2( a) 为 在 γ 单相区轧制淬火得到的典型的板条马氏体组织， 同一晶粒内含有不同位向的板条马氏体． 图 2( b) 为 在 γ + α 双相区轧制淬火得到的马氏体 + 铁素体组 织，钢中马氏体组织呈板条状或块状，而铁素体组织存 在于原奥氏体晶界处或马氏体块内部，呈近似等轴状， 尺寸较小． 这是由于在 γ + α 双相区轧制，铁素体优先 在奥氏体晶界处形核并长大，继续变形在铁素体晶粒 内部将产生大量的位错和亚结构，由于来不及回复再 结晶使得未转变的奥氏体晶粒中出现大量的变形带， 作为铁素体形核位置，促进铁素体在奥氏体内部形成， 从而细化奥氏体晶粒． 2. 2 经 IQ＆P 处理后钢的显微组织特征 图 3 为预处理组织为马氏体的钢经 IQ＆P 处理后 的显微组织． 由图 3( a) 可见，经过 IQ＆P 处理后钢由 亚温铁素体( IF) ［15］、回火马氏体( TM) 及一定比例的 · 422 ·