雙相不銹鋼的第一個專利是1968年在美國提出的,但是直到1975年,Hayami和 Furukawa對這類鋼的顯微組織、化學成分、力學性能和成形性做了完整的描述之后,雙相不銹的巨大潛力才被人們所認識。由于在雙相鋼的物理冶金原理、材料工藝和應用技術等方面的探索和開發都取得了很大進展,幾十年來雙相鋼一直處于低合金高強度鋼發展的前沿。它為汽車減輕自重、高強度沖壓構件的制造和簡化沖壓工藝開辟了一條嶄新的途徑。


 Hayami 和 Furukawa 比較了含磷鋼、Si-Mn 固溶強化的鋁鎮靜鋼和Ti、Nb或Nb-V微量合金化的沉淀強化鋼以及板厚2mm的Si-Mn冷軋雙相鋼(0.1%C-1.4%Si-1.6%Mn-Fe)的拉伸性能和深拉延成形性。在上述幾類鋼中,雙相鋼的屈服強度最低,抗拉強度和延性的結合最佳,成形性最好。


 Hayami 和Furukawa的論文發表后不久,1976年,Bailey 發表了TMT-550含氮雙相鋼的研究結果。該鋼是增氮半鎮靜的SAE1010鋼,其氮含量比普通的SAE1010鋼高4倍,經熱處理后零件的屈服強度與SAE980X相當,但TMT-550鋼的沖壓性能和回彈則比SAE980X好得多,一些較復雜的零件已用這種雙相鋼制造。


 由于當時美國尚未采用具有計算機控制的連續退火生產線,因此,需要尋求經臨界區退火后空冷可得到雙相組織的鋼的方法。根據這一設想,Rashid 研究了含有微量元素(例如釩)的低碳-錳雙相鋼,Morrow 及其同事研究了含少量鉬的雙相不銹鋼。由Rashid所開發的雙相鋼的原始牌號為SAE980X,熱軋板最小厚度為2 mm.Rashid 認為,含釩鋼較其他微合金化鋼(如Ti、Nb等),經臨界區處理空冷后具有更好的拉伸性能和成形性。這種鋼被定名為GM980X.隨后,美國的詹斯拉古林鋼公司生產了一組不同強度級別的含釩雙相鋼,分別定名為 VAN-QN50、VAN-QN80和 VAN-QN100。



1978年,Colaren 和Tither研制了新的雙相不銹鋼。這種雙相鋼的組織可以通過控制終軋溫度和盤卷前的冷卻速度而獲得,不需要臨界區退火處理,因而定名為“ARDP”,即“軋制雙相鋼”。這類雙相鋼的典化學成分為:0.07%C-0.90%Si-1.20% Mn-0.06%Cr-0.04%Mo.其工藝過程是:將25mm 厚的板坯重新加熱到1538 K,保溫1h后,控軋到2.5mm厚,從終軋溫度(1123 K)以28 K/s的冷卻速度冷到盤卷溫度(873 K)-“盤卷窗”,在盤卷前大約有80%(體積分數)的鐵素體形成,然后在盤卷冷卻中,使未轉變的殘余奧氏體轉變為回火馬氏體。


 目前,美國已有兩個汽車公司(通用汽車公司-GM、福特汽車公司一Ford),一些鋼公司(國家鋼公司、伯利恒鋼公司、詹斯拉古林鋼公司、美國鋼公司),克里馬克斯鉬公司和幾個大學(匹茲堡大學、麻省理工學院-MIT、加利福尼亞大學、科羅拉多礦業研究院等)從事雙相鋼的基礎理論(物理和力學冶金)及應用方面的研究工作。


 日本對雙相不銹鋼的研究和應用進行了大量工作,其生產和應用方面在世界上居領先地位。最初日本雙相不銹鋼的生產多采用臨界區退火生產。在1978年前后,一些鋼公司建成并投產了由計算機控制的水淬連續退火生產線;所采用鋼種多為普通低碳鋼或低碳錳鋼,經嚴格控制的退火工藝和水淬處理后進行回火,以改善延性并使組織穩定。隨后在日本也開展了熱軋雙相鋼的研究。但日本的“軋制雙相鋼”的成分與美國不同,其合金量很少,多為低碳Si-Mn鋼或Mn-Cr鋼,終軋后迅速冷卻(如水冷)到M.點以下進行盤卷。這類鋼的強度沒有克里馬克斯鉬公司的熱軋雙相鋼好,但總伸長基本相當。


加拿大的麥克麻斯脫大學和底法斯科鋼公司進行了雙相不銹鋼的研究和工業試制工作,所研究和生產的熱處理雙相鋼和Mn-Si-Cr-Mo熱軋雙相鋼的成分和美國基本相同。


 英國鋼公司和劍橋大學也進行了雙相不銹鋼的性能研究工作。Balliger 和 Glad-研究了微量合金元素Nb、Ti、V等對熱處理雙相鋼性能的影響。西歐的瑞典、意大利、法國等已試制了熱處理和熱軋雙相鋼,除交付有關汽車廠進行成形性試驗外,還進行了部分構件(如車輪)的疲勞壽命對比試驗。德國對高磷雙相不銹鋼有較大的興趣。


 我國的一些科研、教學和生產單位,從1978年起對雙相不銹鋼的變形特性、軋制變形模式、強化原理及斷裂特性進行了研究,有關鋼鐵公司和鋼鐵研究所已經研制了熱處理雙相鋼和熱軋雙相鋼。30多年來,人們對雙相鋼的認識逐步深入,應用逐步擴大,迄今為止,關于雙相鋼的研究文獻已有千余篇,并且在1979~1981年間出版了三本很有影響的論文集。這些文章的內容包括下列幾個方面:(1)雙相鋼的合金設計-合金化、工藝、顯微組織與性能的關系;(2)臨界區退火時奧氏體的形成動力學及隨后冷卻時的奧氏體轉變動力學;(3)雙相鋼的變形特性-雙相鋼的初始屈服強度、加工硬化速率、抗拉強度、均勻伸長率、總伸長率及其影響因素等;(4)雙相鋼的變形理論-各類變形模型,應力應變曲線的模擬等;(5)雙相鋼的成形性-雙軸應力下的延展、脹孔、延展彎曲以及成形構件的性能(如回彈、烘烤硬化)等;(6)雙相鋼的斷裂特性-裂紋的萌生與擴展及其與應力狀態的關系等;(7)雙相鋼的其他性能,如疲勞、門坎值、裂紋擴展速率、氫脆、可焊性等;(8)雙相鋼中的包辛格效應(Bauschinger Effect,以下簡稱BE)和矯頑力。;(9)雙相鋼和其他高強度鋼的一些性能對比;(10)雙相鋼的工業生產和應用。對雙相鋼本質的研究和認識不但對雙相鋼的生產有指導作用,而且也為材料科學的發展提供了廣闊的前景。


 目前,雙相不銹鋼的生產和應用已進入了一個全新的時期,在以上有關研究成果以及物理冶金、力學冶金理論指導下,再加上高新技術、電子技術、數學技術對傳統的鋼鐵生產模式的改變和提升,雙相鋼的生產工藝已漸成熟,世界上的一些知名鋼鐵企業如新日鐵、JFE、浦項公司、阿塞勒、瑞典SSAB公司、美國鋼公司、上海寶鋼等都可生產各種牌號的雙相不銹鋼,并在汽車車身板和車身結構件上應用,為汽車的減重、節能、減排和保證安全發揮了作用。


 可以預測,當前和今后幾年中用于汽車工業方面的80%以上的雙相不銹鋼將由冷軋-退火工藝生產,并且生產工藝多是在自動化的連續退火生產線或熱鍍鋅生產線上進行。美國底特律的產品中,亦有采用冷軋-退火生產的雙相鋼板材制造的趨勢。用于安全零件的(如保險杠、車輪等)較厚規格的熱軋雙相鋼板材,其需求量也會迅速增加。這種較厚規格的板材用臨界區退火還是用控制軋制方法生產,則主要取決于兩種類型工藝的經濟性。


從世界范圍來看,汽車工業往往是衡量一個國家國民經濟發展的重要標志。在一些工業化的國家中,汽車工業的產值占工業總產值的8%~13%,素有三大支柱之一或四大支柱之一說。如果考慮到汽車運輸在國民經濟中的作用和意義,則汽車工業在國民經濟中具有舉足輕重的作用。因此,國外對汽車用材的進展十分重視,這也正是雙相鋼迅速發展的原因。1949年以來,我國汽車工業有了很大發展,但就目前水平,不只產量和保有量與我國資源和需求量不相稱,而且汽車的性能參數與國外同類產品相比仍有差距,以生產的載重2t的貨車為例,我國某車型重量利用系數為1.06,每百公里燃料消耗為15L,日本豐田Dynaru-20-QR-BT的相應的指標為1.17/13L。如通過采用高強度鋼板,降低汽車自重,不只可以顯著提高汽車的重量利用系數,延長汽車零、部件的使用壽命和保證汽車安全行駛,而且可以降低油耗。


今天,中國汽車工業已進入世界產、銷大國。2007年中國汽車產量和銷售量均居世界第二,且品種齊全,汽車的品種和質量均逐漸和世界汽車工業接軌,汽車工業已成為中國的支柱產業之一,輕量化、節能、減排和保證行駛安全工作也是刻不容緩。就在本書第1版問世不久,不少人還認為汽車工業廣泛應用雙相鋼為時尚早,并感到困惑時,在文獻中,就以“跨世紀的拼搏”為題記述了本書作者對雙相鋼的研究,文章中寫道:“·······盯住我國轎車工業的旺盛期--21世紀,為提供轎車用雙相不銹鋼,進行了卓有成效的開發和應用基礎研究”。我們不得不稱贊作者的敏銳洞察力。由此可見,在我國汽車工業中采用高強度鋼,尤其是雙相不銹鋼更是十分迫切的。


從材料價格、工藝性能、構件壽命等方面來看,雙相鋼與塑料、鋁合金的競爭,在大多數情況下是有利的。在今后幾年中,雙相不銹鋼在汽車工業中的應用將會迅速增加,并且會在許多以剛度作為主要設計考慮的構件中應用。雙相鋼未來的應用將會超出汽車工業的范圍。令人可喜的是,在高強度高成形性鋼板中,除開發較早的雙相不銹鋼之外,近年來還出現了相變誘發塑性鋼(TRIP鋼)、熱成形馬氏體鋼或部分馬氏體鋼、孿生誘發,它們將和雙相不銹鋼一起,為中國汽車工業塑性鋼以及復相鋼等先進高強度鋼的發展、減重、節能而又保證安全做出貢獻。