低碳Si-Nb双相钢组织与性能的研究

双相钢是在低合金高强度钢发展过程中诞生的一种新型材料。目前，人们所说的双相钢是指由铁素体和体积分数＜20%的马氏体组成的高强度钢。由于双相钢具有屈服强度低、延展性能好的特点，其板材已经大量应用于汽车制造、航空等领域，但对非冲压成型的双相钢的研究及其生产较少。在寻求高强度、高抗碰撞吸收能的矿用耐磨筛网材料以替代进口用材料的过程中，实验选取含Si、Nb的低合金钢，采用双重淬火或临界区淬火热处理，获得铁素体+纤维状或岛状马氏体的双相组织。经初步工业实验证明，这种组织具有较好的强塑性配合，良好的冷加工成型性及耐磨和抗疲劳性能。本文对热处理的低碳Si-Nb双相钢各种形貌的显微组织的形成机制及其对性能的影响进行了深入探讨，并研究了用这种材料冷拔的钢丝低温回火前后性能变化规律。为持续提高矿用耐磨材料的质量寻求最佳热处理工艺。

　　实验的双相钢采用低碳Si-Nb系，即在低碳(＜0.1%C)基础上增加Si含量并加入微量Nb元素(＜0.06%Nb)。含碳量较低是为了获得良好的延展性和韧性。Si是对双相钢综合性能影响较大的元素，可以提高A3线的斜率，加宽双相区热处理的温度范围，并可保证双相钢性能的一致性和重现性；Nb可显著细化双相钢的显微组织，所形成的碳化物还有强化作用。钢的化学成分(质量分数，%)为：0.06C，1.5Si，0.2Mn，0.007P，0.005S，0.02Nb，0.002Al，0.006N。

　　实验钢经电炉冶炼后浇注，热轧成60mm×60mm方坯，再加热轧成Φ8mm线材，首先取样测定其相变点为：Ac1=750℃，Ac3=1050℃。再对Φ8mm线材进行双重淬火和临界区淬火，具体热处理制度见表1。将热处理后的线材试样置于连续拉丝机上进行多道次冷拔成钢丝。对3#试样Φ5mm钢丝放置一段时间后又进行低温回火热处理。

　　表1 实验钢双相热处理淬火工艺制度

　　低碳Si-Nb双相钢由于添加了微量合金元素Si、Nb，使(α+γ)两相区加宽，经双重淬火和临界区淬火，可在830～960℃获得铁素体加岛状马氏体或纤维状马氏体两种类型的双相组织。在低碳Si-Nb双相钢中，无论是岛状马氏体还是纤维状马氏体，其亚结构均为孪晶和位错共存，钢的强塑性能都与VM有着线性关系。其中双重淬火的纤维状双相组织具有更为优越的强塑性配合。低碳Si-Nb双相钢线材可直接冷拔成不同规格钢丝，拉拔面缩率小于80%时，双重淬火钢的冷拔性能高于临界区淬火钢。当拉拔面缩率大于80%以上时，临界区淬火钢又比双重淬火的钢显示出更高的加工硬化性能。临界区淬火的双相钢冷拔钢丝具有一定的时效性。采用300℃充分回火处理，可有效消除这种时效脆化性能，使钢丝在保持一定强度的同时，塑性得到改善。