·134 北京科技大学学报 第36卷 随着社会的发展，世界范围内的能源危机和环 1200 1200℃×2h 境污染问题日益突出，节约资源、环境友好和使用经 1150℃开轧 1000 ”5道次轧制 济的汽车设计越来越受到汽车商的青睐，这就要求 终轧温度 我们对汽车板等部件进行轻量化、简约化生产.目 800 水冷至650℃ 900 前，通过添加一些合金元素，例如Cr、Mo、Ni、Nb、V、 600 保温1h 模拟卷取 T等，钢板的综合性能得到大幅提升，使得大量先 400 随炉冷至室温 进高强钢和超高强钢在汽车材料中得到广泛的使 200 用.但这些合金元素的添加，不仅增加了成本，而且 导致了工艺和组织控制的复杂性，部分工艺很难现 时间 场实现，工业化进展相对缓慢-) 图1试验用钢的热轧工艺示意图 因此，国内外相关学者在CSi-Mn成分体系的 Fig.1 Schematic diagram of the hot rolling process for tested steels 基础上，不添加其他合金元素，适当控制C、Si、Mn 棒试样，依据标准YBT5127一1993《钢的临界点测 元素含量和工艺参数，得到了综合性能优异的先进 定方法（膨胀法）》，利用德国DL805A热膨胀仪进 超高强钢板.Sugimoto等人采用(0.1%0.6%)C- 行Ac1、Ac3、Ms、Mf、Bs和Bf等相变点的测量.记录 1.5Si-1.5Mn成分体系，通过控制退火工艺，研究了 加热和冷却过程中膨胀量随温度的变化，利用 以退火马氏体为基体的TRP钢.李振等人研究 Origin8.0软件，绘制温度-膨胀量曲线，如图2 了低碳中锰热轧TRP钢的退火工艺及组织演变， 其锰质量分数为5.0%~7.0%因.目前，对于钢中 所示. 1100 Mn质量分数的控制，国内外的研究主要集中在 1000℃x10min 1000 Mn≤2.0%和Mn≥4.0%7-9，而对2.0%~4.0% 900 800 Mn的研究相对较少.本文设计了三种C-Si-Mn系 700 0.05℃·1 0.05℃·91 不同Mn、Si含量的中锰热轧高强钢，对比分析了不 600 同成分体系试验用钢的显微组织和力学性能，探讨 500 400 10℃·s-1 30℃·s1 了微观组织的演变规律和加工硬化行为，旨在合理 300 200 设计中锰热轧高强钢的成分体系，通过控制工艺参 100 室温 数，得到优异的综合性能，使其能够应用在汽车车 06 时间 身中. 图2试验用钢的相变点测定工艺图 1实验材料及方法 Fig.2 Measurement process for the phase transformation point of tested steels 试验用钢采用50kg中频真空感应炉治炼成铸 在热轧钢板上沿轧向取50mm标距的拉伸试 锭并锻造成40mm×90mm×140mm方坯，其主要 样，以2mm'min-'的拉伸速度在室温下进行拉伸试 化学成分如表1所示.其中，1"钢为低Si高Mn钢， 验，对每种状态的拉伸试样进行两次拉伸测试，力学 2"钢高Si高Mn钢，3钢为高Si低Mn钢.锻坯经 性能指标取其平均值.。钢板的金相样经抛光、4% 1200℃保温1h后，在350四/二辊单机架可逆式热 (体积分数)的硝酸酒精浸蚀后，在ZEISS AX10光 轧机上经5道次轧制后，得到厚度为4mm的热轧 学显微镜(OM)和ZEISS ULTRA55型场发射扫描 板，终轧温度为900℃，卷取温度为650℃，具体工 电镜下观察其显微组织.采用JEM2010透射电镜进 艺路线如图1所示 行分析.透射电镜试样采用双喷减薄制取，将线切 表1试验用钢的化学成分（质量分数） 割的约10mm×10mm大小的样片，厚度约为0.2~ Table 1 Chemical composition of the tested steel 0.3mm,手工磨至厚度约为40~50m时，样片冲 试验用钢 Si Mn 孔，将冲下的中3mm小圆片在双喷仪减薄至穿孔， 1 0.14-0.170.133.00-3.500.0080.004 所采用的双喷液为5%（体积分数)高氯酸酒精溶 0.14-0.171.383.00-3.500.0080.004 液，双喷液采用液氮冷却至-20℃. 3* 0.14-0.171.302.50-3.000.0080.004 采用D5000X射线衍射仪对试验钢热轧板中 在锻坯上，经线切割截取b4mm×10mm圆柱 的残余奥氏体进行测定，得到衍射图谱，再利用X北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 随着社会的发展，世界范围内的能源危机和环 境污染问题日益突出，节约资源、环境友好和使用经 济的汽车设计越来越受到汽车商的青睐，这就要求 我们对汽车板等部件进行轻量化、简约化生产． 目 前，通过添加一些合金元素，例如 Cr、Mo、Ni、Nb、V、 Ti 等，钢板的综合性能得到大幅提升，使得大量先 进高强钢和超高强钢在汽车材料中得到广泛的使 用． 但这些合金元素的添加，不仅增加了成本，而且 导致了工艺和组织控制的复杂性，部分工艺很难现 场实现，工业化进展相对缓慢［1--3］． 因此，国内外相关学者在 C--Si--Mn 成分体系的 基础上，不添加其他合金元素，适当控制 C、Si、Mn 元素含量和工艺参数，得到了综合性能优异的先进 超高强钢板． Sugimoto 等人采用( 0. 1% --0. 6% ) C-- 1. 5Si--1. 5Mn 成分体系，通过控制退火工艺，研究了 以退火马氏体为基体的 TＲIP 钢［4--5］． 李振等人研究 了低碳中锰热轧 TＲIP 钢的退火工艺及组织演变， 其锰质量分数为 5. 0% ～ 7. 0%［6］． 目前，对于钢中 Mn 质量 分 数 的 控 制，国内外的研究主要集中在 Mn≤2. 0% 和 Mn≥4. 0%［7--9］，而对 2. 0% ～ 4. 0% Mn 的研究相对较少． 本文设计了三种 C--Si--Mn 系 不同 Mn、Si 含量的中锰热轧高强钢，对比分析了不 同成分体系试验用钢的显微组织和力学性能，探讨 了微观组织的演变规律和加工硬化行为，旨在合理 设计中锰热轧高强钢的成分体系，通过控制工艺参 数，得到优异的综合性能，使其能够应用在汽车车 身中． 1 实验材料及方法 试验用钢采用 50 kg 中频真空感应炉冶炼成铸 锭并锻造成 40 mm × 90 mm × 140 mm 方坯，其主要 化学成分如表 1 所示． 其中，1# 钢为低 Si 高 Mn 钢， 2# 钢高 Si 高 Mn 钢，3# 钢为高 Si 低 Mn 钢． 锻坯经 1200 ℃保温 1 h 后，在 350 四/二辊单机架可逆式热 轧机上经 5 道次轧制后，得到厚度为 4 mm 的热轧 板，终轧温度为 900 ℃，卷取温度为 650 ℃，具体工 艺路线如图 1 所示． 表 1 试验用钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the tested steel % 试验用钢 C Si Mn P S 1# 0. 14 ～ 0. 17 0. 13 3. 00 ～ 3. 50 0. 008 0. 004 2# 0. 14 ～ 0. 17 1. 38 3. 00 ～ 3. 50 0. 008 0. 004 3# 0. 14 ～ 0. 17 1. 30 2. 50 ～ 3. 00 0. 008 0. 004 在锻坯上，经线切割截取 4 mm × 10 mm 圆柱 图 1 试验用钢的热轧工艺示意图 Fig． 1 Schematic diagram of the hot rolling process for tested steels 棒试样，依据标准 YB T 5127—1993《钢的临界点测 定方法( 膨胀法) 》，利用德国 DIL 805A 热膨胀仪进 行 Ac1、Ac3、Ms、Mf、Bs 和 Bf 等相变点的测量． 记录 加热和冷却过程中膨胀量随温度的变化，利 用 Origin 8. 0 软 件，绘 制 温 度--膨 胀 量 曲 线，如 图 2 所示． 图 2 试验用钢的相变点测定工艺图 Fig． 2 Measurement process for the phase transformation point of tested steels 在热轧钢板上沿轧向取 50 mm 标距的拉伸试 样，以 2 mm·min － 1 的拉伸速度在室温下进行拉伸试 验，对每种状态的拉伸试样进行两次拉伸测试，力学 性能指标取其平均值． 钢板的金相样经抛光、4% ( 体积分数) 的硝酸酒精浸蚀后，在 ZEISS AX10 光 学显微镜( OM) 和 ZEISS ULTＲA 55 型场发射扫描 电镜下观察其显微组织． 采用 JEM2010 透射电镜进 行分析． 透射电镜试样采用双喷减薄制取，将线切 割的约 10 mm × 10 mm 大小的样片，厚度约为 0. 2 ～ 0. 3 mm，手工磨至厚度约为 40 ～ 50 μm 时，样片冲 孔，将冲下的 3 mm 小圆片在双喷仪减薄至穿孔， 所采用的双喷液为 5% ( 体积分数) 高氯酸酒精溶 液，双喷液采用液氮冷却至 － 20 ℃ ． 采用 D5000 X 射线衍射仪对试验钢热轧板中 的残余奥氏体进行测定，得到衍射图谱，再利用 X ·134·