如何提高雙相鋼無縫管強度和塑性及其工藝流程

  浙江至德鋼業(yè)有限公司將鋼管開發(fā)為雙相鋼無縫管，可以通過調(diào)整馬氏體的體積分數(shù)以及硬度的方式，控制鋼管的強度和塑性，從而達到二次加工的要求，并且雙相鋼在加工過程中具有較高的加工硬化性能，使零件的強度迸一步得到提升。作為目前應用于汽車行業(yè)最廣泛的鋼種，雙相鋼的成本較低，適合大規(guī)模的生產(chǎn)，應用于鋼管行業(yè)具有很高的可行性。

   目前，中頻感應加熱技術在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，由于鋼管具有圓形斷面，所以在環(huán)形的中頻感應線圈內(nèi)可以得到均勻的加熱，通過中頻感應的方式對鋼管進行加熱既可以提高生產(chǎn)效率，又可以對雙相鋼無縫管的組織有積極的影響。由于鋼管壁厚在2mm以下，所以可以達到非?？斓募訜崴俣龋羁炜蛇_500℃／s。加熱速度越快，鋼的Acr和Ac3溫度都會提高，兩相區(qū)上移，奧氏體的形核率和長大速度也會隨之增大。所以，兩相區(qū)臨界退火溫度過高，奧氏體會異常長大。為避免該現(xiàn)象，在該區(qū)間的保溫時間應縮短，因此，快速加熱和短時保溫便構成了雙相鋼無縫管快速連續(xù)退火的核心。合理控制工藝路線，可以得到細晶的鐵素體和馬氏體晶粒，對雙相鋼無縫管的強度和塑性都有益。

    實驗鋼管在加熱到兩相區(qū)范圍之后保溫，奧氏體首先在珠光體中的鐵素體和滲碳體界面形核，并迅速長大，珠光體逐漸轉變?yōu)閵W氏體，最終與鐵素體達到平衡，從而形成一定比例的鐵素體和奧氏體。在兩相區(qū)范圍內(nèi)，隨著加熱溫度的升高、時間的延長，碳和合金元素迅速向奧氏體富集，從而提高奧氏體的淬透性。隨著奧氏體體積分數(shù)的增加，其體內(nèi)的平均合金元素下降，進而造成奧氏體的淬透性下降。兩相區(qū)均熱溫度較低時，奧氏體的長大受晶界擴散控制，形核之后的奧氏體同時向鐵素體和滲碳體兩個方向長大。由于此時的奧氏體化程度較低，奧氏體內(nèi)的平均碳含量將較高，淬透性也會增強。經(jīng)臨界退火處理后，碳化物溶解于形成的奧氏體中，鐵素體成為無間隙固溶強化和沉淀強化的鐵素體。另外，由于兩相區(qū)中奧氏體形核和長大均是由擴散控制的相變，所以初始組織中碳化物的分布和形態(tài)對兩相區(qū)臨界退火時的奧氏體相變有一定影響，進而影響淬火后的馬氏體相的分布與形態(tài)。因此，通過改變初始組織中的碳化物的形態(tài)來優(yōu)化最終組織中的馬氏體相，從而達到優(yōu)化實驗鋼管的力學性能是一條可行的途徑。

    過時效工藝是指臨界區(qū)退火后，快冷到馬氏體開始轉變點溫度以下，進行保溫處理的一個過程，是雙相鋼在連續(xù)退火工藝中重要的組成部分。在過時效區(qū)等溫一定的時間，能夠促使鐵索體中的固溶原子向相界面轉移并進一步凈化鐵素體，同時降低了馬氏體的硬度、改善了雙相鋼管的綜合性能。過時效溫度和過時效時間對材料的力學性能有著直接的影響，相對來說，過時效溫度較過時效時間的影響程度更大。一般情況下，材料的屈服強度隨過時效溫度的升高呈增長的趨勢：當過時效溫度過高時，如大于350℃，將會導致基體內(nèi)的馬氏體溶解，馬氏體板條邊界變得模糊，鐵素體中的位錯會部分消融，其密度也隨之降低，從而降低了材料的抗拉強度，也可能因此而出現(xiàn)屈服平臺。

    提高馬氏體體積分數(shù)可以有效的提高雙相鋼無縫管的強度，但也使材料塑性惡化，而過時效的時間通常較短，對塑性的提高不明顯，所以，需要通過緩冷和回火等工藝制度來提高雙相鋼無縫管的成形性能。

    緩冷是為了能提高雙相鋼塑性經(jīng)常采用的工藝，在臨界區(qū)退火之后，緩慢冷卻可以控制快冷始溫，從而控制鋼板中碳的固溶度。試樣在緩冷過程中，碳、錳等元素進一步向奧氏體富集，增加了未轉變奧氏體的穩(wěn)定性、提高了鐵素體的純凈度，同時也會析出一定量的取向附生鐵素體。剩余奧氏體在隨后的冷卻過程中將轉變?yōu)閸u狀馬氏體，呈島狀形態(tài)分布的馬氏體也有利于鋼板的塑性。緩冷初始溫度的選擇十分重要，過高可能導致奧氏體過分長大從而使雙相鋼的強度和塑性都受到影響，過低則會使取向附生鐵素體的生成不充分，對塑性的改善不明顯。

    回火是將淬火鋼在Ac1以下的溫度加熱，使其轉變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當方式冷卻至室溫的工藝過程?；鼗鸷?，鋼中的馬氏體會產(chǎn)生相應的轉變，硬度下降，可以提高鋼的塑性和韌性，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，從而達到性能的要求。回火的主要影響因素是回火溫度。不同的回火溫度會產(chǎn)生不同的回火馬氏體組織，回火溫度越高，馬氏體的硬度越低55]。雙相鋼在淬火后，鐵素體內(nèi)會由于馬氏體相變產(chǎn)生的體積膨脹誘發(fā)大量的可動位錯，從而消除拉伸過程中的屈服平臺，而回火則會使位錯發(fā)生不同程度的回復。所以，在雙相鋼無縫管的熱處理工藝開發(fā)時，需要合理的控制回火溫度，使馬氏體的硬度在合理范圍內(nèi)，避免強度降低過多，并且保留一定量的可動位錯，使鋼管在加工時仍然呈現(xiàn)連續(xù)屈服的特性，保持低的屈強比，降低二次成形設備的加載負荷。

  通過熱處理過程中不同階段合理工藝的選擇，可以充分發(fā)揮中頻感應加熱的優(yōu)勢，使雙相鋼無縫管的性能最大程度的優(yōu)化，從而達到良好的強度和塑性的配合，可以滿足管材二次成形對材料性能的要求。