硅锰冷轧双相钢的显微组织和力学性能检测结果及分析

 图为浙江至德钢业有限公司生产的硅锰双相钢冷轧后和经临界区热处理后的显微组织照片。由图可见，冷轧大变形后铁素体晶粒为平行于轧制方向的长条形晶粒，在铁素体各晶粒之间和晶粒内部分布着渗碳体层片组织和碳化物颗粒。在780℃热处理后，相变生成的马氏体岛在铁素体基体间均匀分布并相互连接成网状。经定量金相测定，马氏体体积分数平均为29%，试样不同部位含量偏差不超过2%。表明水淬获得的各部位双相组织基本均匀一致，而采用Lepera腐蚀剂不但可以很好地区分马氏体（白色）和铁素体（灰色），而且可以鉴别出轧硬材中的碳化物（黑色）组织。

 图分别为硅锰双相钢在低温（100℃）和中温（300℃、400℃）回火后，双相组织的TEM照片。水冷使硅锰钢在780℃热处理后的板带获得极大冷速，从而使奥氏体充分转变为马氏体组织。在紧靠马氏体岛周围的铁素体中，有大量马氏体相变诱发的高密度位错，并形成位错缠结或位错胞，而在铁素体晶粒内部这种诱发位错则很少。铁素体晶粒内部的碳化物颗粒在临界区加热时转变为奥氏体并逐渐聚集长大。由于水淬冷速极大，使得这些残留在铁素体中的奥氏体组织转化成镶嵌在铁素体晶粒内部的直径约为0.2~0.4um的马氏体颗粒，并在它周围缠结大量位错。试样的TEM照片表明，经100℃的低温回火后，马氏体岛仍有清晰的孪晶结构。回火至300℃时，马氏体岛的孪晶结构已经不明晰，在晶界处有黑色的渗碳体颗粒出现。在400℃回火后，已不能分辨出马氏体岛的孪晶结构，在马氏体岛中出现了渗碳体层片结构。图是硅锰双相钢在不同温度回火10分钟后的SEM照片。由图可以看出，未经回火的双相钢组织马氏体岛表面枝晶明显，铁素体表面清洁，内部有少数马氏体颗粒。200℃低温回火时，马氏体岛边缘清晰，但表面枝晶结构已不是很明显，在铁素体晶粒表面已出现许多析出的碳化物颗粒。回火温度为300℃时，马氏体岛表面浮凸开始变得模糊，碳化物颗粒开始长大。400℃回火，马氏体岛逐渐分解，已看不到明显的枝晶结构。当回火温度达到600℃时，马氏体岛分解已比较完全，并产生直径为0.2微米左右的渗碳体球化颗粒，铁素体晶内的碳化物粒子也开始熔解，晶粒内部显得比较干净。

 图硅锰双相钢试样在不同温度回火后在室温拉伸时的应力-应变曲线。从图可以看出，硅锰双相钢在300℃回火时出现了不连续屈服，而且随着回火温度的提高，屈服平台越来越明显并逐渐伸长。

 图为硅锰双相钢在不同回火温度保温10分钟后，试样力学性能的变化。由图可以看出，该成分轧硬材采用水淬冷却方式可以获得极高的强度，其屈服强度接近900Mpa而抗拉强度超过1100Mpa，但伸长率较低，仅为6%。在100℃回火时，双相钢的各项力学性能均有少量增加，当回火温度高于100℃后，随着回火温度的提高，屈服强度和抗拉强度逐渐降低，伸长率缓慢增加。回火温度高于200℃时屈服强度下降明显，在100~200℃和500~600℃两个温度区间，总伸长率增幅较大。回火温度达到200℃时，屈强比迅速增加，在300℃左右又有一个极低值，之后迅速增加并趋于稳定。水淬试样初始显微硬度>350HV0.3，不同温度回火后的显微硬度曲线与屈服强度曲线变化一致。低碳硅锰冷轧钢在780℃加热保温水淬后可以获得30%左右的均匀双相组织。该钢中由于硅锰含量较高，因此具有极高的强度，但伸长率较低且屈强比较高。不同温度回火后硅锰双相钢中的铁素体和马氏体两相的组织变化明显影响其力学性能。在100℃左右低温回火时，强度略有增加而伸长率变化不大，这可能是由于回火温度较低，铁素体和马氏体两相变化不大，但铁素体中大量不均匀位错重新排列，碳原子向位错线析聚而使铁素体基体强度增加。继续升高回火温度，钢中的铁素体析出净化和马氏体的软化分解使其强度不断降低而伸长率增加。当回火温度低于200℃时，马氏体岛变化很小，因而双相钢强度下降不多，而塑性却因为铁素体中过饱和固溶碳的析出净化而大大改善。回火温度超过300℃时，马氏体岛开始软化分解，表面孪晶结构变得模糊，同时铁素体内部碳化物颗粒析出并长大使铁素体基体强度下降，因而双相钢强度明显下降并且屈强比在此温度附近有一个极低值。在回火温度达到600℃时，马氏体已分解比较完全，铁素体晶粒开始再结晶净化，因而其伸长率又有一次大幅增加。根据以上分析得出，低碳硅锰冷轧双相钢在高于200℃附近短时回火，其强度性能下降不多但伸长率却大大提高，有利于获得较好的综合性能（抗拉强度>1000Mpa，总伸长率接近14%，屈强比约为0.8）。

试验结论如下：

 1. 低碳硅锰冷轧双相钢在临界区保温后，采用水淬冷却方式可以获得为30%左右的均匀双相组织，其强度极高，伸长率低而屈强比高。

 2. 低碳硅锰冷轧双相钢在100℃低温回火后，马氏体岛仍有清晰的孪晶结构，200℃回火时，铁素体表面出现细小碳化物颗粒，而在回火温度超过300℃时，马氏体岛孪晶结构已经不明晰，在晶界处有黑色的渗碳体颗粒出现。随着回火温度提高，渗碳体颗粒长大并聚集成层片状，在回火温度达到600℃时，马氏体岛分解比较完全，表面出现粗大渗碳体球化颗粒。

 3. 硅锰冷轧双相钢在低于100℃回火时，其强度略有增加而塑性改善，但屈强比较大。随着回火温度的提高，强度逐渐下降，伸长率逐渐增加。在高于100℃回火时，主要由于铁素体析出净化而使伸长率增加较快，而在高于500℃回火后，主要由于马氏体岛的分解使伸长率又有一个大的增幅。在高于300℃回火后，试样的力学拉伸曲线出现不连续屈服。

 4. 低碳硅锰冷轧双相钢在高于200℃回火，其强度下降不多但伸长率却明显升高，而且屈强比较低，有利于获得较好的综合性能。