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1 簡介

雙相鋼是20%～80% 鐵素體（軟相）和10%～20%馬氏體（硬相）的混合物。它具有低屈服點(diǎn)，高加工硬化速率，好的延伸特性。作為一種新的拉伸材料，雙相鋼被廣泛應(yīng)用在汽車制造上。采用雙相鋼可以減重約20%。研究和發(fā)展雙相鋼對世界范圍內(nèi)的節(jié)省原材料、降低能耗和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。許多因素影響雙相鋼的生產(chǎn)工藝，例如化學(xué)成分，臨界退火溫度/時間，初始顯微組織等。本文主要介紹超快冷工藝在雙相鋼生產(chǎn)上的幾個工藝參數(shù)的設(shè)計。

2 雙相鋼的控制冷卻過程

根據(jù)雙相鋼熱處理過程的不同，雙相鋼可分為：熱處理雙相鋼、熱軋和冷軋雙相鋼。熱軋雙相鋼所需的設(shè)備相對簡單，并且節(jié)省生產(chǎn)消耗。因此熱軋雙相鋼發(fā)展得更為廣泛一些。

通常雙相鋼的軋制和冷卻過程應(yīng)滿足以下條件： 足夠的鐵素體生成； 抑制珠光體的產(chǎn)生； 抑制貝氏體的產(chǎn)生； 殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

首先必須能夠生產(chǎn)足夠量的鐵素體。軋制過程加速了形核，所以隨后的冷卻中很快生成鐵素體。為了避免珠光體和貝氏體的形成和考慮到冷卻區(qū)長度的限制冷卻過程應(yīng)盡可能快。通常帶鋼在空氣中停留片刻足以產(chǎn)生足夠量的鐵素體。終冷溫度應(yīng)該低于Ms溫度，以確保殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。根據(jù)冷卻工藝的要求，兩階段冷卻制度常常被應(yīng)用在雙相鋼的生產(chǎn)上。比較合理的冷卻速度是在60～200℃之間。超快冷工藝被應(yīng)用在雙相鋼的生產(chǎn)上。在一些鋼廠，對層流冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加了超快冷設(shè)備，其經(jīng)濟(jì)效益可觀，具有可行性。

3 冷卻過程參數(shù)設(shè)計

冷卻過程參數(shù)，包括終軋溫度、中間溫度、終冷溫度、過鋼速度等，是冷卻過程的重要控制目標(biāo)。

水冷過程中軋件通常在空氣中冷卻數(shù)秒鐘以生成足夠鐵素體。應(yīng)該在盡可能短的時間里得到準(zhǔn)確量的鐵素體。根據(jù)Avrami方程X=1-exp(-btn)轉(zhuǎn)變速度取決于參數(shù)n和b。n由化學(xué)成分和轉(zhuǎn)變類型決定，近似常數(shù)。有文獻(xiàn)表明，n值在相變的開始和結(jié)束有明顯的波動。b值是溫度、孕育期等的函數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度接近鼻溫時，轉(zhuǎn)變速度最快。因此中間溫度應(yīng)盡可能在鼻溫附近。

中間空冷時間決定了鐵素體在有限的冷卻區(qū)內(nèi)的生成量，但又被冷卻區(qū)長度限制，是決定產(chǎn)品組織組成的一個重要控制參數(shù)。雙相鋼的理想鐵素體含量是80%～90%。根據(jù)Avrami方程，4mm厚軋件在850℃終軋溫度條件下，在不同的中間溫度下得到的鐵素體體積分?jǐn)?shù)，可見，在5～7s內(nèi)鐵素體的含量滿足要求，尤其是冷卻6s所得到的鐵素體含量是最佳的。此前，鐵素體生成速率很快。理想的中間空冷時間應(yīng)確保軋件斷面上的鐵素體分布均勻且在目標(biāo)范圍內(nèi)。同時，中間空冷時間應(yīng)保證盡可能短以縮短冷卻區(qū)長度。此外，鐵素體晶粒尺寸隨中間空冷時間和中間溫度的提高而增大。

卷取溫度應(yīng)該低于Ms以確保殘余奧氏體能完全轉(zhuǎn)變成馬氏體。首先要準(zhǔn)確的計算Ms，該值隨鐵素體份數(shù)變化。Ms隨殘余奧氏體中的碳含量增加而降低。殘余奧氏體中的碳含量隨鐵素體含量增加而增加，也就是說，Ms隨生成的鐵素體分?jǐn)?shù)變化。因此Ms必須根據(jù)動態(tài)碳含量進(jìn)行計算。

當(dāng)中間空冷時間根據(jù)目標(biāo)鐵素體含量被確定下來且冷卻速度根據(jù)CCT相圖和冷卻能力被確定下來后，軋件的通過速度受軋機(jī)限制，軋件的通過速度決定了冷卻區(qū)的長度，同時該速度又受軋機(jī)的限制。一方面，軋件速度應(yīng)盡可能快，以提高生產(chǎn)效率；另一方面軋件速度應(yīng)盡可能低以縮短冷卻區(qū)長度。軋件速度最好保持在3.12～5.83m/s。

4 在線應(yīng)用

兩階段冷卻是雙相鋼生產(chǎn)中最常用的冷卻方法，越接近表面，硬度值越高，這是因?yàn)楸砻胬鋮s速度大，生成更多的馬氏體。鐵素體晶粒尺寸大約5μm，屈服強(qiáng)度是484 MPa，抗拉強(qiáng)度635 MPa，伸長率26%。

5結(jié)論

二階段冷卻策略是雙相鋼生產(chǎn)的最優(yōu)工藝。CSP生產(chǎn)線進(jìn)行改造后仍能滿足生產(chǎn)要求。重要的工藝參數(shù)決定著產(chǎn)品性能，比如中間溫度，中間空冷時間，卷取溫度，軋件通過速度等。在線應(yīng)用結(jié)果表明，采用該冷卻工藝能得到滿意的力學(xué)性能。