1 前言
双相钢(Dual-Phase Steel)通常是指由低碳钢或低合金高强度钢经临界退火或控制轧制而得到的，主要由铁紊体和马氏体所组成的钢[1]，一般含80%～95%铁素体及呈岛状分布其间的20%～5%的马氏体。双相钢具有屈服点低、初始应变硬化率高、无屈服延伸以及强度和延性匹配好等特点，因此具有良好的成型性能，适合制作汽车结构件。在传统热连轧生产线上生产的双相钢，通常为Cr-Mo系钢，利用合金元素对其相变特性的影响，在较低的冷却速度和较高的卷取温度条件下获得双相组织。国内于“七五”计划期间曾组织企业进行热轧双相钢的攻关，一些科研院所也与企业积极合作进行这方面的研究，取得了一定的成果及经验[2-5]。但目前国内尚未实现热轧双橱钢的规模化生产，包括常规流程和短流程。随着汽车工业对双相钢的需求不断增加，能够替代冷轧双相钢的低成本热轧双相钢必然会成为研究开发的热点。
国外已有在CSP线生产Si.Mn-Cr系双相钢的成功实例?6。考虑蓟可持续发展闯题，在CSP线开发新型的热轧双相钢，应具有绿色、环保、低成本、易回收等“新一代钢铁材料”的特点和优点[7，8]，因此，应尽量使用C-Mn系钢为原料。2005年6月，包钢钢联股份有限公司与东北大学合作，在包钢CSP线上进行了C-Mn系双相钢开发的探索性试验。本文简要介绍了第1次工业试验的情况，并探讨了在CSP线上生产新型细晶粒双相钢的工艺原理。
2试验过程
2.1试验钢成分
试验钢为普通C-Mn钢，由包钢CSP厂生产，化学成分为：0.08%C、1.20%Mn0.15%Si、0.003%S、0.016%P。
2.2试验工艺
工业试生产之前，在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的450mm热轧试验机组上进行了一系列热轧双相钢的模拟性试验，制定出CSP线试生产的关键工艺参数，这对于减少工业试验次数，降低试验成本是非常有效的。连铸坯厚度为67mm，经隧道炉均热，出炉温度约为1150"C，成品厚度为5mm和6mm，终轧温度约为840℃;轧后采用层流冷却，层流冷却段的冷却速度约为25℃/s;卷取温度低于300℃。
3试验结果与分析
3.1力学性能
表1为2005年6月首次工业试验的双相钢以及相同成分下按常规工艺生产的铁素体+珠光的力学性能。可以看出，双相钢与铁素体/珠光体钢相比，屈服强度基本相同，但抗拉强度明显提高，因而屈强比显著降低;伸长率虽然从%降至30%左右，但仍具有良好的延伸性能;靠值较高，表明材料具有快速硬化的能力l由于成分中较低的C、S含量，试验双相钢的韧脆转折温度低于一60℃，具有良好的冲击韧性;另外，由于CSP工艺控制的高度稳定性，使带钢在长度及宽度方向上具有良好的组织性能均匀性。试验钢力学性能相当于540MPa级热轧双相钢。
3.2微观组织
图1为硝酸酒精溶液腐蚀的试验双相钢与常规铁素体+珠光体钢的光学显微组织。由图1可见，试验双相钢中铁素体晶粒尺寸较细小，约为2～5μm，而铁素体/珠光体钢中铁素体晶粒尺寸较大，约为10tan。为了清晰地区分铁素体与马氏体，采用LEPERA试剂对试验双相钢进行观察。图1c为经该试剂腐蚀的试验双相钢组织，其中亮白色的马氏体呈岛状分布于灰色铁素体间，利用网格法统计出马氏体百分含量为15%。
4讨论
传统的热轧双相钢生产工艺[6]是：终轧后以适当的冷却速度降至铁素体析出温度范围，并在此温度范围内保持一段时间，使铁素体析出量达到组织及性能控制的要求，随后进行较快速的冷却，使富集C的剩余奥氏体转变为马氏体。显然，这样的工艺要求带钢在输出辊道的运行中保持相当一段时间，普通的热连轧精轧机组出口速度较快，必须有100m以上的输出辊道才能满足该工艺要求。而CSP线的输出辊道普遍较短，难以满足上述工艺要求。因此在CSP线上生产双相钢，必须借助CSP特有技术手段和措施。
4.1铁素体析出量的控制措施
双相钢中铁素体的析出量决定其塑性和屈服强度，因此，必须精确控制双相钢中铁素体的含量或体积分数。铁素体析出为扩散过程，是时间的函数，因此可通过控制析出时间来控制铁素体体积分数。但因实际生产中产品厚度规格以及带钢出口速度经常变化，故实际上很难控制从铁素体相变开始到达到目标析出量的时间。注意到亚共析钢中铁素体析出的饱和值受钢中C含量的影响，依据杠杆定律，通常有[9]：
wa=(0.77一[C])/(0.77—0.0218)(1)
式中，wa表示先共析铁素体的含量;[C]表示钢中碳原子质量百分数。
在铁素体体积分数接近饱和后，继续增加时间，铁素体体积分数基本不变，工艺“窗口”变宽。因此，在工艺上只需保证铁素体体积分数接近饱和值的析出时间，即通过调整C含量，就可以精确控制双相钢中铁素体的析出量。
由于CSP线的输出辊道及层流冷却段普遍较短，因此，当精轧出口速度较快时，很难在卷取前或在输出辊道上析出足够量的铁素体。解决该问题的办法有2个：一是利用CSP连轧机组的特点，设定较低的终轧温度，从而使精轧机组出口速度降低，本次试验采用了该办法;二是减少铁素体体积分数接近饱和值所需时间。对于7一a相变，当铁素体晶核大量增加时，铁素体最终晶粒尺寸减小，从其形核到完全长大所需时间必然减少，因此可利用细化铁素体晶粒的办法，如用在未再结晶区累积形变、快速冷却等手段，减少铁素体体积分数接近饱和值所需的时间。
4.2促进马氏体形成的措施
在铁素体析出量达到工艺要求后，要在卷取前将钢中剩余的奥氏体转变为马氏体，在工艺上要求将带钢温度降至Ms点以下卷取(通常卷取温度<300℃)。在正常的轧制节奏下，CSP线上的层流冷却段通常不能将带钢冷却至.Ms点以下，在本试验中选取适当的厚度规格，降低终轧温度，进而降低带钢出口速度，增加层流冷却时间，使带钢的卷取温度达到工艺要求;另一方面，由于细晶粒铁素体体积分数迅速趋于饱和，剩余奥氏体中尚未富集大量C原子，Ms点未降至更低温度。因此，以CSP线现有的层流冷却设备生产双相钢，必须降低轧制速度，且产品厚度规格受到工艺条件的严格限制，不能覆盖较薄和较厚规格，层流冷却对这两类产品均表现出冷却能力不足的问题，无法在卷取前形成马氏体相。
解决的办法：一是加快铁素体析出速度，降低剩余奥氏体中C的富集程度，提高Ms点，减轻对冷却设备和卷取机的压力;二是在层流冷却后至卷取前，增加一段“强制冷却”段，如：安装一组超快速冷却设备[10]。
4.3新型细晶粒热轧双相钢的生产工艺
综上所述，可以构建出一种新型细晶粒热轧双相钢的生产工艺，如图2所示。细晶粒(2～5μm)铁素体在轧后快速冷却下，迅速形核长大，在很短时间内，达到满足最终性能要求的体积分数，随后并不在铁素体析出温度区间停留，而是继续快速冷却至Ms点以下，这主要依靠增加的“强制冷却”段来实现，此时的Ms点相对较高，因此可适当提高卷取温度，以利于卷取。
5新型热轧双相钢的应用
目前，我国载重汽车车轮用钢普遍为Q235，如果使用具有本试验钢力学性能的双相钢，无疑可减轻车轮的重量;与目前某些车轮使用的SS400钢相比。本试验中得到的双相钢具有较低的屈服强度，更易于成型加工。不仅如此，双相钢的疲劳寿命也优于普碳钢和低合金钢。据报道，在使用相同强度级别的普碳钢、低合金钢和热轧双相钢制成车轮实物进行的疲劳试验中，普碳钢的循环次数为65000次，低合金钢的次数为280000次，而双相钢的循环次数高达420000次。此外，本次工业试验的热轧双相钢已经达到汽车大梁用钢BG5IOL的力学性能水平，可以考虑替代包钢目前的含Nb微合金化钢BG510L。
包钢下一步的研究目标是在CSP线上开发500、540、600、780MPa级热轧C-Mn系双相钢的稳定化生产工艺，以扩大产品规格范围。
6结论
(1)以化学成分为0.08%C、1.20%Mn、0、15%Si的原型钢，通过对热轧及冷却过程的控制，包钢线生产了2卷厚度分别为5、6mm的热轧双相带钢，其屈服强度(Rp0.2)分别为375、365MPa，抗拉强度(Rm)分别为570、545MPa，断后伸长率(Am)分别为29%和31%，以值均为0.21。
(2)包钢CSP线热轧C-Mn双相钢的工业试验表明，CSP线在开发高级别品种钢方面仍然具有很大潜力;采用CSP线生产C-Mn系热轧双相钢，成本低、性能稳定、市场潜力大，将推动双相钢的“以热代冷”，促进我国汽车工业用钢的更新换代。
参考文献：
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[3]钟定忠，彭涛.直接热轧双相钢板RS55的研究与开发[J].武钢技术，1994，(1)：41—47.
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