高强度冷轧双相钢的热处理关键技术研究

论文摘要

冷轧双相钢（DP）具有低屈强比、无屈服延伸、初始加工硬化速率高以及高强度高塑性等特点,有助于汽车工业减重节能,是一种优良的汽车结构用钢。目前,国内生产的最高强度DP钢为宝钢股份生产的DP780,汽车工业迫切需要使用更高强度的DP钢,国外已经生产抗拉强度高于1000MPa的超高强DP钢。这对我国冷轧高强DP钢工艺技术水平提出了挑战,如何优化热处理工艺以进一步提高冷轧DP钢的强度及塑性,是学术界和工业界的迫切需求。本研究工作基于冷轧DP钢的热处理加工,采用金相（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、纳米压痕测试（Nanoindentation）、Thermal Calc相图计算及宏观力学性能检测等分析技术和测试设备,研究了热轧卷曲工艺、气冷快冷的连续退火工艺、水淬快冷的连续退火工艺和基于淬火回火的热镀锌退火工艺对两种典型成分（钢A:0.11%C-1.81%Mn、钢B:0.108%C-1.78%Mn-0.032%Nb）DP钢显微组织和力学性能的影响,同时,基于材料细观力学,构建了连续退火微合金DP钢的应力应变关系模型。热轧卷曲工艺决定冷轧板的显微组织,本文试验研究了热轧卷曲温度对气冷退火的冷轧DP钢组织性能的影响,结果表明,热轧高温卷曲一方面可使冷轧退火后得到相对粗大的晶粒,有利于降低DP钢的屈服强度,另一方面高温卷曲产生的晶界Mn偏聚可以增加退火冷却时奥氏体的淬透性,提高DP钢的抗拉强度。这使得热轧高温卷曲的冷轧气冷退火DP钢具有更低的屈强比和更好的塑性。本文试验研究了气冷快冷的连续退火工艺对DP钢组织性能的影响,结果表明,为了得到具有良好性能的DP钢,均热温度、时间极为重要,均热应当保证获得适量的奥氏体,同时,确保快速冷却以得到尽量多的马氏体,是提高DP钢强度的关键。对于微合金钢B,研究确定的合适退火工艺为:在790℃均热80s,以10℃/s的速度缓冷到650℃,之后以40℃/s的速度快冷到300℃以下。本文试验研究了水淬快冷的连续退火工艺对DP钢组织性能的影响,结果表明,对于碳锰钢A而言,缓冷工序作用较小,但对于微合金钢B,由于免除了析出强化,缓冷时析出的新生铁素体有助于提高DP钢的塑性,同时,均热时碳化物的溶解可提高快冷后马氏体中碳浓度,也有助于提高DP钢的抗拉强度。为了得到尽可能多的新铁素体以获得具有高强度高塑性的DP钢,需要控制连续退火工艺的均热温度、缓冷速度、淬火温度等。由此,本文提出了新型的具有缓冷工序的冷轧DP钢退火工艺。采用微合金钢B,在810℃均热80s,之后以10℃/s的速度缓冷到630℃水淬,可得到抗拉强度大于840Mpa、延伸率大于15%和屈强比小于0.60的DP钢。为了解决热镀锌DP钢的可镀性问题,本文提出了新型的DP钢热镀锌工艺,并试验研究了该基于淬火回火的热镀锌退火工艺对热镀锌DP钢基板组织性能的影响,结果表明,随着热浸镀锌（或及合金化）时间延长,材料的强度下降、塑性升高,相对于热镀纯锌退火,热镀锌合金化DP钢强度的下降更明显;微合金元素Nb延迟回火时马氏体中固溶碳析出及延迟位错马氏体的回复再结晶过程,可大幅提高DP钢的回火稳定性,从而改善镀锌DP钢的力学性能。研究确定的具有良好可镀性的热镀锌板退火工艺为:采用Nb微合金化钢均热后水淬,酸洗后再加热到460～500℃热镀锌或及合金化退火。本文在细观力学的基础上,根据Eshelby等效夹杂模型和Mori-Tanaka平均场等相关理论,建立连续退火微合金DP钢的细观力学模型,并采用Tomota的增量变形方法,分析DP钢各微观相的弹塑性变形行为,构建了预测DP钢力学性能的应力应变关系计算模型。理论分析和计算表明,该应力应变模型综合考虑了微合金DP钢微观组织性能与宏观力学性能的内在联系,与实际力学性能测试结果吻合良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 材料的强化机理
• 1.3 快速冷却技术
• 1.4 双相钢的连续退火
• 1.5 双相钢的力学性能
• 1.6 Thermo-Calc相图计算及其应用
• 1.7 本课题的研究意义、目标及研究内容
• 第二章 热轧卷曲温度对冷轧双相钢组织性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料及方法
• 2.3 热轧卷曲温度对冷轧双相钢力学性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 气冷连续退火双相钢的组织性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.3 连续退火工艺参数对双相钢力学性能的影响
• 3.3.1 均热温度对力学性能的影响
• 3.3.2 快冷开始温度对力学性能的影响
• 3.3.3 连续退火带速对力学性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 水淬连续退火双相钢的组织性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.3 两相区均热的α－γ相变动力学
• 4.4 水淬冷却工艺参数对双相钢组织性能的影响
• 4.4.1 均热温度和淬火温度的影响
• 4.4.2 新铁素体的影响
• 4.4.3 连续退火工艺的缓冷工序
• 4.5 回火的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 热镀锌双相钢的力学性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 热镀锌双相钢的研究开发
• 5.3 实验材料与方法
• 5.4 基于淬火回火的热镀锌退火工艺对双相钢力学性能的影响
• 5.4.1 基于淬火回火的热镀锌退火工艺对双相钢力学性能的影响
• 5.4.2 Nb的影响
• 5.5 可镀性改善的试验验证
• 5.6 本章小结
• 第六章 微合金双相钢的应力应变关系研究
• 6.1 引言
• 6.2 细观力学模型
• 6.3 微合金DP钢的应力应变关系分析
• 6.4 微合金DP钢流动应力计算及试验验证
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论和创新点
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文
• 专利申请
• 参加的科研项目
• 致谢