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1、冷轧热镀锌双相钢退火过程中组织演变规律陈杰 赵辉（北京中冶设备研究设计总院 100029）摘 要：利用 OM、SEM 、TEM 等技术分析了实验钢冷轧组织在热镀锌退火过程中的再结晶与相变规律，研究了 460 左右保温对双相钢显微组织的影响。实验结果表明：在热镀锌退火初期的加热过程中，在680780 大量进行再结晶，加热速度较高（10/s）会使再结晶进入双相区，与相变并存。在双相区保温时，奥氏体首先在破碎的碳化物处形成，奥氏体量不断增加。460保温时，由于处于贝氏体转变区，产生贝氏体组织，马氏体减少，导致强度的下降，对力学性能造成不利影响。关键词：热镀锌；双相钢；贝氏体；显微组织Experime
2、ntal Study on Microstructure Evolution in Annealing of Cold-Rolled Hot-dip Galvanization Dual Phase SteelsChen Jie Zhao Hui (Beijing Metallurgical Equipment Research Design Institute, Beijing 100029, China)Abstract: The cold rolled tested steel microstructure was observed and analyzed by OM, SEM and
3、 TEM techniques to analyze recrystallization and transformation in hot-dip galvanizing annealing, and influence of holding time at 460 was also observed. The results indicated that recrystallization of deformed ferrite occurs mainly between 680 and 780 in heating. When heated by 10/s , recrystalliza
4、tion will continue in intercritical area, coexisted with microstructure transformation. During intercritical annealing, austenite forms in cracking carbide particles firstly, and the amount of austenite is creasing with holding time. Holding in 460, which in bainite transition region, martensite red
5、uce with bainite emerge, leading to a decline in strength and adverse effect on the mechanical properties.Key words: hot-dip galvanizing; dual phase steel; bainite; microstructure1 前言减轻汽车自重引发了对高强度钢开发的热潮，如今先进高强度钢板已形成不同强度级别的品种系列，主要包括：双相钢（DP） 、复相钢（CP） 、相变诱导塑性钢（TRIP） 、孪晶诱导塑性钢（TWIP） 、低碳马氏体钢 1 。双相钢由铁素体与马氏
6、体组成，马氏体为强化相，具有低屈强比，高的初始加工硬化速率，良好的强度和延性配合等特点。热镀锌双相钢在汽车上的应用具有极好的前景，良好的力学性能、安全性能和服役周期长等性能，使之成陈杰 (1984- )，男，硕士 助理工程师 email：为新一代汽车用钢的主要材料 2。本文实验研究了热模拟镀锌退火过程中，双相钢的显微组织与力学性能的演变过程，包括再结晶、相变规律，可对实际热镀锌双相钢生产提供一定的指导作用。2 实验材料与方法实验用钢的化学成分(质量分数， %) 如表 1 所示。试验钢在 50 kg 真空感应炉冶炼并浇铸成厚度为 90mm 的铸坯，热轧后的板厚为 4.3mm，终轧温度大于 850
7、 ，卷取温度为650690。热轧板经酸洗后冷轧，冷轧至 1.0mm 左右，冷轧压下率在 65 %73 % 之间。模拟连续退火在 Gleeble 3500 热模拟机上进行，实验工艺路线如图 1 所示。试样的热镀锌模拟工艺路线如图所示，将试样以 10/s 的速度加热到临界温度区，然后保温 80s 左右，以 20/s 的冷速冷却到 460，保温 12s 左右，模拟镀锌过程，然后冷却到室温。如图的数字编号所示，在镀锌线上的各个点处，中断镀锌过程极冷(本试验采用喷水冷却) 到室温，通过观察组织来分析过程的组织转变。在未进入到临界区之前的 500700温度区间淬火以测定冷轧试样的再结晶情况，在780淬火以
8、测定试样的奥氏体化，在 780保温 20、40 、80 s 后淬火测定等温奥氏体化过程，保温后的试样以 20/s 快冷到 460，在 460保温 4s、8s、12s 后淬火到室温，观察模拟锌锅中的组织转变。表1 实验钢的成分 (wt %)Table 1 Chemical composition of tested steels(wt %)编号 C Si Mn Al Cr Mo V1 0.075 0.05 1.75 0.026 0.26 0.20 0.0382 0.086 0.05 1.90 0.011 0.29 0.24 0.078在 DIL805A 热膨胀仪上测定钢的相变点，根据膨胀曲线，测
9、得 1#钢的 Ac1 为 735，Ac3 为 852； 2#钢的 Ac1 为 759，A c3 为 847。将退火处理后的钢板加工成标距为 50 mm 的拉伸试样，在万能试验机上测定力学性能。切取金相试样研磨、抛光后用 4%的硝酸酒精浸蚀，在光学显微镜和扫描电镜中观察其显微组织。制取双喷减薄试样用于透射电镜观察，以分析组织的精细结构。采用 Image tool 图像处理软件统计晶粒尺寸、 再结晶分数以及组织的数量。利用维氏硬度计测定淬火试样的硬度。时 间/s温度/1243 5 678 9 10 11图 1 双相钢模拟热镀锌工艺路线Fig. 1 The curve of the continuo
10、us hot zinc- galvanizingannealing process for dual phase steels3 实验结果与分析3. 1 热轧与冷轧态的显微组织初始组织一般为热轧态，通常为 F+P，因热轧工艺不同，也可能会含有一些 B 组织。因为随后要进行冷轧加工，冷轧压下率较大（75%左右） ，所以工业上一般要求冷轧压下力尽可能小，可以节约能源，提高经济效益。所以一般要求初始组织尽量为 F+P，减少 B 或M 组织，可以降低轧制力。图2 2#热镀锌双相钢板热轧态的显微组织( a) SEM下的珠光体形貌( b)和试验钢的冷轧态组织（c）Fig 2 The microstruct
11、ure of dual phase steels on different status如图2所示为试验钢的热轧冷轧态组织，热轧态组织主要为F+P组织，F和P为等轴状分布。经过压下率为75%左右的冷轧后， F和P都沿着轧制方向呈拉长分布，F晶粒内出现很多变形带，由于P 的基体较硬，冷轧时不易产生塑性变形，出现很多破碎的渗碳体颗粒。50m（a ） （b）25mbc da（c ）3.2 组织演变和力学性能演变3.2.1 加热过程中的再结晶规律图 3 加热过程中的再结晶组织Fig 3 the recrystallization microstructure on heating（a）点 a （b）点
12、 b （c）点 c（d）点 d （e ）点 3 图 3 为在加热过程中的组织变化，点 a 处的温度为 640，组织仍处于变形状态，为拉长的铁素体晶粒和破碎的碳化物颗粒，未开始再结晶。当到达点 b 时，此处温度为680，铁素体基体已经明显回复，初步具有多边形化的特征，但尚不明显，破碎的碳化物颗粒也开始溶解。到达点 c 时，此时温度为 740，组织已经明显发生再结晶，近一半的铁素体已呈等轴状，奥氏体迅速形核长大，d 点处再结晶进一步进行，铁素体晶粒开始长大，已生成的奥氏体进一步长大，部分新的奥氏体核心也开始形成。到点 3 处时，铁素体基本完成再结晶过程，呈等轴状分布，碳化物颗粒已经消失，形成沿铁素
13、体晶界分布的奥氏体晶粒，在铁素体内部也有部分奥氏体形核。实验的加热速度为 10/s，铁素体开始再结晶的温度为 680左右，当温度达到 740时，奥氏体沿着碳化物颗粒形核，并开始长大，此钢的 Ac1 为 735，由于碳化物颗粒在Ac1 时开始溶解，碳化物周围为富碳区，奥氏体首先在此处形核。在加热速度为 10/s 的情况下，由于加热速度较快，低温区（680）再结晶过程开始较延迟，在高温区（680）由于温度较高，再结晶驱动力显著增加，迅速发生再结晶，再结晶过程持续时间很短。同时，加热速度过快，组织的再结晶过程会进入双相区，在双相区会出现再结晶（a ） （b）（c ）（d）（e）和相变二者共存的现象。
14、所以在快速加热时，要考虑再结晶延迟所带来的影响。图 4 临界区保温时组织的变化Fig 4 the microstructure change on intercritical annealing （a）点 3 （b）点 4 （c ）点 5（d）点 6 （e）点 5 （f）点 6由图 4 可以看出，白色的第二相为马氏体相， （a）为 780保温 0s， （b）为 780保温 4s， （ c）为 780保温 8s， （d）为 780保温 12s，可看出各个阶段的组织变化。此时无变形的铁素体晶粒，呈多边形分布，已经完成了再结晶过程，而且奥氏体也沿着渗碳体核心完成形核开始长大。奥氏体主要分布在铁素体晶
15、界上，奥氏体相含量随着保温时间的延长不断增加，而且奥氏体也从最初小的粒状向大的等轴状转变，体积比从 26%增加到43%。但随着保温时间的进一步延长，奥氏体会增速减慢，进入此温度下的平衡量。表 2 热镀锌工艺线上各点的力学性能Tab 2 mechanical properties on the curve of the continuous hot zinc-galvanizing annealing 编号 规定非比例延伸强度/Mpa 抗拉强度/Mpa 延伸率/%1 952 996 22 950 969 3a 941 958 3b 824 874 5c 560 809 10d 435 767 1
16、6（a ） （b）（c ）（d）（e）（f）点 7 处的温度为 620，经过在 热膨胀仪上试 验，设定冷速 为20/s ，测定的 Ar3 为 592，所以当冷却到点 7 处时，转变尚未开始，此时临界区奥氏体处于过冷状态，到达 Ar3 时开始向其它组织转变。当刚刚冷却到 460时，此时处于点 8 处，点 7 处铁素体含量为 45%，点 8 处含量为 35%，由于 1#钢的 Ms 点为 460，说明在 78过程中产生了 AF+B 转变，力学性能发生突变，抗拉强度从 838MPa 下降到 775MPa，屈服强度也从 447MPa 降到 406MPa，如表 2 所示。012345678910112340506070809010序 号强度/Mpa 屈 服 强 度抗 拉 强 度 延 伸 率024681012141618延伸率/%图 5 热镀锌工艺线上各点的力
