双相不锈钢的第一个专利是1968年在美国提出的,但是直到1975年,Hayami和 Furukawa对这类钢的显微组织、化学成分、力学性能和成形性做了完整的描述之后,双相不锈的巨大潜力才被人们所认识。由于在双相钢的物理冶金原理、材料工艺和应用技术等方面的探索和开发都取得了很大进展,几十年来双相钢一直处于低合金高强度钢发展的前沿。它为汽车减轻自重、高强度冲压构件的制造和简化冲压工艺开辟了一条崭新的途径。


 Hayami 和 Furukawa 比较了含磷钢、Si-Mn 固溶强化的铝镇静钢和Ti、Nb或Nb-V微量合金化的沉淀强化钢以及板厚2mm的Si-Mn冷轧双相钢(0.1%C-1.4%Si-1.6%Mn-Fe)的拉伸性能和深拉延成形性。在上述几类钢中,双相钢的屈服强度最低,抗拉强度和延性的结合最佳,成形性最好。


 Hayami 和Furukawa的论文发表后不久,1976年,Bailey 发表了TMT-550含氮双相钢的研究结果。该钢是增氮半镇静的SAE1010钢,其氮含量比普通的SAE1010钢高4倍,经热处理后零件的屈服强度与SAE980X相当,但TMT-550钢的冲压性能和回弹则比SAE980X好得多,一些较复杂的零件已用这种双相钢制造。


 由于当时美国尚未采用具有计算机控制的连续退火生产线,因此,需要寻求经临界区退火后空冷可得到双相组织的钢的方法。根据这一设想,Rashid 研究了含有微量元素(例如钒)的低碳-锰双相钢,Morrow 及其同事研究了含少量钼的双相不锈钢。由Rashid所开发的双相钢的原始牌号为SAE980X,热轧板最小厚度为2 mm.Rashid 认为,含钒钢较其他微合金化钢(如Ti、Nb等),经临界区处理空冷后具有更好的拉伸性能和成形性。这种钢被定名为GM980X.随后,美国的詹斯拉古林钢公司生产了一组不同强度级别的含钒双相钢,分别定名为 VAN-QN50、VAN-QN80和 VAN-QN100。



1978年,Colaren 和Tither研制了新的双相不锈钢。这种双相钢的组织可以通过控制终轧温度和盘卷前的冷却速度而获得,不需要临界区退火处理,因而定名为“ARDP”,即“轧制双相钢”。这类双相钢的典化学成分为:0.07%C-0.90%Si-1.20% Mn-0.06%Cr-0.04%Mo.其工艺过程是:将25mm 厚的板坯重新加热到1538 K,保温1h后,控轧到2.5mm厚,从终轧温度(1123 K)以28 K/s的冷却速度冷到盘卷温度(873 K)-“盘卷窗”,在盘卷前大约有80%(体积分数)的铁素体形成,然后在盘卷冷却中,使未转变的残余奥氏体转变为回火马氏体。


 目前,美国已有两个汽车公司(通用汽车公司-GM、福特汽车公司一Ford),一些钢公司(国家钢公司、伯利恒钢公司、詹斯拉古林钢公司、美国钢公司),克里马克斯钼公司和几个大学(匹兹堡大学、麻省理工学院-MIT、加利福尼亚大学、科罗拉多矿业研究院等)从事双相钢的基础理论(物理和力学冶金)及应用方面的研究工作。


 日本对双相不锈钢的研究和应用进行了大量工作,其生产和应用方面在世界上居领先地位。最初日本双相不锈钢的生产多采用临界区退火生产。在1978年前后,一些钢公司建成并投产了由计算机控制的水淬连续退火生产线;所采用钢种多为普通低碳钢或低碳锰钢,经严格控制的退火工艺和水淬处理后进行回火,以改善延性并使组织稳定。随后在日本也开展了热轧双相钢的研究。但日本的“轧制双相钢”的成分与美国不同,其合金量很少,多为低碳Si-Mn钢或Mn-Cr钢,终轧后迅速冷却(如水冷)到M.点以下进行盘卷。这类钢的强度没有克里马克斯钼公司的热轧双相钢好,但总伸长基本相当。


加拿大的麦克麻斯脱大学和底法斯科钢公司进行了双相不锈钢的研究和工业试制工作,所研究和生产的热处理双相钢和Mn-Si-Cr-Mo热轧双相钢的成分和美国基本相同。


 英国钢公司和剑桥大学也进行了双相不锈钢的性能研究工作。Balliger 和 Glad-研究了微量合金元素Nb、Ti、V等对热处理双相钢性能的影响。西欧的瑞典、意大利、法国等已试制了热处理和热轧双相钢,除交付有关汽车厂进行成形性试验外,还进行了部分构件(如车轮)的疲劳寿命对比试验。德国对高磷双相不锈钢有较大的兴趣。


 我国的一些科研、教学和生产单位,从1978年起对双相不锈钢的变形特性、轧制变形模式、强化原理及断裂特性进行了研究,有关钢铁公司和钢铁研究所已经研制了热处理双相钢和热轧双相钢。30多年来,人们对双相钢的认识逐步深入,应用逐步扩大,迄今为止,关于双相钢的研究文献已有千余篇,并且在1979~1981年间出版了三本很有影响的论文集。这些文章的内容包括下列几个方面:(1)双相钢的合金设计-合金化、工艺、显微组织与性能的关系;(2)临界区退火时奥氏体的形成动力学及随后冷却时的奥氏体转变动力学;(3)双相钢的变形特性-双相钢的初始屈服强度、加工硬化速率、抗拉强度、均匀伸长率、总伸长率及其影响因素等;(4)双相钢的变形理论-各类变形模型,应力应变曲线的模拟等;(5)双相钢的成形性-双轴应力下的延展、胀孔、延展弯曲以及成形构件的性能(如回弹、烘烤硬化)等;(6)双相钢的断裂特性-裂纹的萌生与扩展及其与应力状态的关系等;(7)双相钢的其他性能,如疲劳、门坎值、裂纹扩展速率、氢脆、可焊性等;(8)双相钢中的包辛格效应(Bauschinger Effect,以下简称BE)和矫顽力。;(9)双相钢和其他高强度钢的一些性能对比;(10)双相钢的工业生产和应用。对双相钢本质的研究和认识不但对双相钢的生产有指导作用,而且也为材料科学的发展提供了广阔的前景。


 目前,双相不锈钢的生产和应用已进入了一个全新的时期,在以上有关研究成果以及物理冶金、力学冶金理论指导下,再加上高新技术、电子技术、数学技术对传统的钢铁生产模式的改变和提升,双相钢的生产工艺已渐成熟,世界上的一些知名钢铁企业如新日铁、JFE、浦项公司、阿塞勒、瑞典SSAB公司、美国钢公司、上海宝钢等都可生产各种牌号的双相不锈钢,并在汽车车身板和车身结构件上应用,为汽车的减重、节能、减排和保证安全发挥了作用。


 可以预测,当前和今后几年中用于汽车工业方面的80%以上的双相不锈钢将由冷轧-退火工艺生产,并且生产工艺多是在自动化的连续退火生产线或热镀锌生产线上进行。美国底特律的产品中,亦有采用冷轧-退火生产的双相钢板材制造的趋势。用于安全零件的(如保险杠、车轮等)较厚规格的热轧双相钢板材,其需求量也会迅速增加。这种较厚规格的板材用临界区退火还是用控制轧制方法生产,则主要取决于两种类型工艺的经济性。


从世界范围来看,汽车工业往往是衡量一个国家国民经济发展的重要标志。在一些工业化的国家中,汽车工业的产值占工业总产值的8%~13%,素有三大支柱之一或四大支柱之一说。如果考虑到汽车运输在国民经济中的作用和意义,则汽车工业在国民经济中具有举足轻重的作用。因此,国外对汽车用材的进展十分重视,这也正是双相钢迅速发展的原因。1949年以来,我国汽车工业有了很大发展,但就目前水平,不只产量和保有量与我国资源和需求量不相称,而且汽车的性能参数与国外同类产品相比仍有差距,以生产的载重2t的货车为例,我国某车型重量利用系数为1.06,每百公里燃料消耗为15L,日本丰田Dynaru-20-QR-BT的相应的指标为1.17/13L。如通过采用高强度钢板,降低汽车自重,不只可以显著提高汽车的重量利用系数,延长汽车零、部件的使用寿命和保证汽车安全行驶,而且可以降低油耗。


今天,中国汽车工业已进入世界产、销大国。2007年中国汽车产量和销售量均居世界第二,且品种齐全,汽车的品种和质量均逐渐和世界汽车工业接轨,汽车工业已成为中国的支柱产业之一,轻量化、节能、减排和保证行驶安全工作也是刻不容缓。就在本书第1版问世不久,不少人还认为汽车工业广泛应用双相钢为时尚早,并感到困惑时,在文献中,就以“跨世纪的拼搏”为题记述了本书作者对双相钢的研究,文章中写道:“·······盯住我国轿车工业的旺盛期--21世纪,为提供轿车用双相不锈钢,进行了卓有成效的开发和应用基础研究”。我们不得不称赞作者的敏锐洞察力。由此可见,在我国汽车工业中采用高强度钢,尤其是双相不锈钢更是十分迫切的。


从材料价格、工艺性能、构件寿命等方面来看,双相钢与塑料、铝合金的竞争,在大多数情况下是有利的。在今后几年中,双相不锈钢在汽车工业中的应用将会迅速增加,并且会在许多以刚度作为主要设计考虑的构件中应用。双相钢未来的应用将会超出汽车工业的范围。令人可喜的是,在高强度高成形性钢板中,除开发较早的双相不锈钢之外,近年来还出现了相变诱发塑性钢(TRIP钢)、热成形马氏体钢或部分马氏体钢、孪生诱发,它们将和双相不锈钢一起,为中国汽车工业塑性钢以及复相钢等先进高强度钢的发展、减重、节能而又保证安全做出贡献。