前言

無論是第一代汽車鋼中的TRIP鋼，還是第三代汽車鋼中的QP鋼，其設(shè)計(jì)思路都是類似的：那就是通過碳的配分，實(shí)現(xiàn)奧氏體富碳，從而穩(wěn)定奧氏體。然后，利用室溫下奧氏體的TIRP效應(yīng)獲得相對(duì)高塑性。

碳配分方案的局限性

依靠碳的配分，需要鋼中含有較高的碳含量才能獲得大量的亞穩(wěn)奧氏體。但是如果將鋼中的碳含量調(diào)高到0.4%以上的水平，又會(huì)顯著惡化鋼的焊接性能。所以，單純依靠碳配分來進(jìn)行奧氏體亞穩(wěn)相調(diào)控存在很大的局限性。

因此，普通的TRIP鋼和QP鋼中的奧氏體含量一般不會(huì)大于15%，無法將亞穩(wěn)相的含量調(diào)控到較高的水平。

中錳鋼的設(shè)計(jì)思路

中錳鋼采用了復(fù)合配分與亞穩(wěn)控制的思路來獲得高強(qiáng)高塑汽車鋼，利用逆相變?cè)?，碳、錳復(fù)合配分控制亞穩(wěn)態(tài)奧氏體含量。

通過中錳合金化，利用C和Mn在逆相變過程中的復(fù)合配分到奧氏體中，形成體心立方（BCC）的鐵素體組織與面心立方（FCC）殘余奧氏體的復(fù)合組織，其中鐵素體基體與殘余奧氏體均是亞微米的晶粒尺寸，亞穩(wěn)態(tài)殘余奧氏體的含量可以大幅提高至20%-40%。

中錳鋼的研發(fā)進(jìn)展

目前，國內(nèi)外大學(xué)院校、科研機(jī)構(gòu)及大型鋼廠等均對(duì)以中錳鋼為代表的第三代汽車用鋼的成分、組織、性能以及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)分析，并取得了一定的研究成果。

中錳鋼的成分設(shè)計(jì)方向

及錳元素的特殊作用

實(shí)驗(yàn)研究的中錳鋼的成分設(shè)計(jì)為C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%-0.6%，Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%-12%。為提高逆相變退火時(shí)殘余奧氏體的穩(wěn)定性，部分研究人員在中錳鋼中加入了Si、Al，二者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本控制在1.5%-3.0%范圍內(nèi)。此外，少數(shù)研究中添加了Mo和微合金化元素V，旨在提高晶界強(qiáng)度和細(xì)化基體晶粒尺寸。

研究發(fā)現(xiàn)，在中、低碳范圍內(nèi)，新型汽車用中錳鋼的強(qiáng)塑積主要取決于鋼中的錳含量，其隨錳含量的增加而顯著增大。而且，制定合理的加工、退火工藝能使中錳鋼中獲得大量穩(wěn)定的殘余奧氏體。

中錳鋼的工藝路徑

及試驗(yàn)數(shù)據(jù)

見諸報(bào)道的中錳鋼的實(shí)驗(yàn)流程為：澆鑄-均勻化-鍛造-逆相變退火和澆鑄-均勻化-鍛造-均勻化-熱軋-冷軋-逆相變退火。

對(duì)于Fe-0.2C-（5-7）Mn鋼，其均勻化溫度一般控制在1250℃左右，保溫時(shí)間一般2h，目的是緩解Mn、C元素的宏觀偏析，提高組織和成分的均勻性。中錳鋼的熱鍛溫度一般控制在1200-850℃之間，鍛后的試樣在750℃保溫30min進(jìn)行奧氏體均勻化處理，然后淬火。逆相變退火控制在兩相區(qū)，退火時(shí)間為1min-12h不等，最后空冷獲得以亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體和鐵素體為主的雙相組織。

鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于中、低范圍（4%-8%）時(shí)，逆相變處理后基體中殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)一般小于50%，且由于其堆垛層錯(cuò)能較低，使其在形變時(shí)不足以形成TWIP效應(yīng)，塑性變形機(jī)制以TRIP為主。

目前研究的中錳鋼的熱軋初軋溫度一般控制在1150-1125℃，終軋溫度控制在800-930℃。這就意味著中錳鋼熱軋控溫制度與常見鋼種差異不大，即可采用常規(guī)熱軋機(jī)對(duì)其進(jìn)行熱加工。逆相變退火處理是新型中錳鋼的必備工藝，其退火溫度在575-800℃之間，退火時(shí)間1min-168h不等。

中錳鋼力學(xué)性能特點(diǎn)

采用不同成分中錳鋼軋制—退火后對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同工藝處理后中錳鋼的強(qiáng)度、塑性差異很大，強(qiáng)塑積在20-60GPa%范圍內(nèi)。

值得注意的是，當(dāng)鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)（8%-12%），逆相變退火后殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)一般超過50%，而強(qiáng)塑積也在50GPa%以上。

根據(jù)已有研究，殘余奧氏體在形變時(shí)同時(shí)發(fā)生TRIP-TWIP效應(yīng)是提高中錳鋼拉伸性能的主要因素。

不同錳含量下的拉伸曲線

應(yīng)用案例

2015年6月，寶鋼成功開發(fā)出冷軋CR980MPa級(jí)、熱鍍鋅GI 980MPa級(jí)和熱鍍鋅GI 1180MPa級(jí)中錳鋼。目前該鋼種已用于“后地板左右連接板”零件的工業(yè)試制。

由于該鋼種強(qiáng)度在980MPa以上的同時(shí)，塑性與低強(qiáng)度的先進(jìn)高強(qiáng)鋼相當(dāng)，因而適用范圍比一般超高強(qiáng)鋼更為廣泛，其應(yīng)用前景包括汽車A柱、B柱、防撞梁和門檻加強(qiáng)件等眾多車身結(jié)構(gòu)件。

附：中錳鋼的顯微組織形貌