如何提高双相钢无缝管强度和塑性及其工艺流程

  浙江至德钢业有限公司将钢管开发为双相钢无缝管，可以通过调整马氏体的体积分数以及硬度的方式，控制钢管的强度和塑性，从而达到二次加工的要求，并且双相钢在加工过程中具有较高的加工硬化性能，使零件的强度迸一步得到提升。作为目前应用于汽车行业最广泛的钢种，双相钢的成本较低，适合大规模的生产，应用于钢管行业具有很高的可行性。

   目前，中频感应加热技术在工业生产中得到了广泛的应用，由于钢管具有圆形断面，所以在环形的中频感应线圈内可以得到均匀的加热，通过中频感应的方式对钢管进行加热既可以提高生产效率，又可以对双相钢无缝管的组织有积极的影响。由于钢管壁厚在2mm以下，所以可以达到非常快的加热速度，最快可达500℃／s。加热速度越快，钢的Acr和Ac3温度都会提高，两相区上移，奥氏体的形核率和长大速度也会随之增大。所以，两相区临界退火温度过高，奥氏体会异常长大。为避免该现象，在该区间的保温时间应缩短，因此，快速加热和短时保温便构成了双相钢无缝管快速连续退火的核心。合理控制工艺路线，可以得到细晶的铁素体和马氏体晶粒，对双相钢无缝管的强度和塑性都有益。

    实验钢管在加热到两相区范围之后保温，奥氏体首先在珠光体中的铁素体和渗碳体界面形核，并迅速长大，珠光体逐渐转变为奥氏体，最终与铁素体达到平衡，从而形成一定比例的铁素体和奥氏体。在两相区范围内，随着加热温度的升高、时间的延长，碳和合金元素迅速向奥氏体富集，从而提高奥氏体的淬透性。随着奥氏体体积分数的增加，其体内的平均合金元素下降，进而造成奥氏体的淬透性下降。两相区均热温度较低时，奥氏体的长大受晶界扩散控制，形核之后的奥氏体同时向铁素体和渗碳体两个方向长大。由于此时的奥氏体化程度较低，奥氏体内的平均碳含量将较高，淬透性也会增强。经临界退火处理后，碳化物溶解于形成的奥氏体中，铁素体成为无间隙固溶强化和沉淀强化的铁素体。另外，由于两相区中奥氏体形核和长大均是由扩散控制的相变，所以初始组织中碳化物的分布和形态对两相区临界退火时的奥氏体相变有一定影响，进而影响淬火后的马氏体相的分布与形态。因此，通过改变初始组织中的碳化物的形态来优化最终组织中的马氏体相，从而达到优化实验钢管的力学性能是一条可行的途径。

    过时效工艺是指临界区退火后，快冷到马氏体开始转变点温度以下，进行保温处理的一个过程，是双相钢在连续退火工艺中重要的组成部分。在过时效区等温一定的时间，能够促使铁索体中的固溶原子向相界面转移并进一步净化铁素体，同时降低了马氏体的硬度、改善了双相钢管的综合性能。过时效温度和过时效时间对材料的力学性能有着直接的影响，相对来说，过时效温度较过时效时间的影响程度更大。一般情况下，材料的屈服强度随过时效温度的升高呈增长的趋势：当过时效温度过高时，如大于350℃，将会导致基体内的马氏体溶解，马氏体板条边界变得模糊，铁素体中的位错会部分消融，其密度也随之降低，从而降低了材料的抗拉强度，也可能因此而出现屈服平台。

    提高马氏体体积分数可以有效的提高双相钢无缝管的强度，但也使材料塑性恶化，而过时效的时间通常较短，对塑性的提高不明显，所以，需要通过缓冷和回火等工艺制度来提高双相钢无缝管的成形性能。

    缓冷是为了能提高双相钢塑性经常采用的工艺，在临界区退火之后，缓慢冷却可以控制快冷始温，从而控制钢板中碳的固溶度。试样在缓冷过程中，碳、锰等元素进一步向奥氏体富集，增加了未转变奥氏体的稳定性、提高了铁素体的纯净度，同时也会析出一定量的取向附生铁素体。剩余奥氏体在随后的冷却过程中将转变为岛状马氏体，呈岛状形态分布的马氏体也有利于钢板的塑性。缓冷初始温度的选择十分重要，过高可能导致奥氏体过分长大从而使双相钢的强度和塑性都受到影响，过低则会使取向附生铁素体的生成不充分，对塑性的改善不明显。

    回火是将淬火钢在Ac1以下的温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却至室温的工艺过程。回火后，钢中的马氏体会产生相应的转变，硬度下降，可以提高钢的塑性和韧性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，从而达到性能的要求。回火的主要影响因素是回火温度。不同的回火温度会产生不同的回火马氏体组织，回火温度越高，马氏体的硬度越低55]。双相钢在淬火后，铁素体内会由于马氏体相变产生的体积膨胀诱发大量的可动位错，从而消除拉伸过程中的屈服平台，而回火则会使位错发生不同程度的回复。所以，在双相钢无缝管的热处理工艺开发时，需要合理的控制回火温度，使马氏体的硬度在合理范围内，避免强度降低过多，并且保留一定量的可动位错，使钢管在加工时仍然呈现连续屈服的特性，保持低的屈强比，降低二次成形设备的加载负荷。

  通过热处理过程中不同阶段合理工艺的选择，可以充分发挥中频感应加热的优势，使双相钢无缝管的性能最大程度的优化，从而达到良好的强度和塑性的配合，可以满足管材二次成形对材料性能的要求。