（钢铁冶金专业论文）基于csp冷轧板组织、织构及性能的研究.pdf

摘要 随着紧凑式带钢生产技术( c s p ) 在国内的应用越来越多，冷轧冲压板基板也更多地 采用c s p 热轧板。由于薄板坯连铸连轧技术的生产特性，使c s p 热轧板用作基板生产冷 轧板时存在一些质量问题。本文根据包头钢铁有限公司薄板厂用短流程c s p 基板生产冷轧 深冲板时所存在的问题，对c s p 热轧基板生产冷轧深冲板的相关工艺和技术进行了较为系 统的研究。 本课题研究内容包括c s p 热轧基板生产冷轧深冲板的过程中从铸念到成品的组织演 变、夹杂物的分析、织构的变化以及小压下时成形性能的研究，最后还进行了以c s p 热轧 板为基料进行二次冷轧的实验研究，结果表明： 以c s p 热轧板为基板生产冷轧板的过程中，从铸坯到成品都存在着边部与中心部位晶 粒大小不等的情况，以热轧板最为明显，经过冷轧、退火和平整后组织的不均匀性减小， 产品的最终组织为饼形晶粒。夹杂物只有少量的以m 2 0 3 为主的复合夹杂物，且尺寸较 小，成品时的夹杂物尺寸一般小于1 0 9 i n ，在冷轧板生产过程中，只是改变夹杂物的形 状，对组成没有影响； 析出物中a 1 n 在退火前后析出量变化较大，m 3 c 析出颗粒在退火的过程中，除析出量 有少量增加外，析出物颗粒有聚集的情况存在，退火态时颗粒的分布均匀性要好于冷轧态 的颗粒分布； 以c s p 热轧板为基板生产冷轧板的过程中，织构始终集中在丫取向线附近，且以 1 11 ) 的织构组分的占有率最高。成品时 1 1 l 织构的占有率为1 0 ，而高斯织构和 1 0 0 织构的 占有率分别为5 和3 ； 在变形量4 2 5 到7 5 o 的研究范围内，板材的成形性能会随变形量增大而提高，但 实验结果也表明要想得到好的成形性能，必须有理想的热处理工艺相配合，采用双台阶退 火的效果要好于单台阶，且双台阶退火工艺中第一保温台阶的温度低于6 0 0 的要比靠近 6 0 0 的效果好； 二次冷轧工艺对材料的成形性能影响明显，且二冷轧工艺中的退火前后变形分配量对 组织和力学性能会有影响。 上述研究结果已部分应用于包头钢铁有限公司薄板厂轧板厂，为企业生产提供了较大 的帮助。 关键词：c s p ；冷轧板；组织；织构：性能 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ( c s p ) t e c h n o l o g yi nd o m e s t i c ， m o r ea n dm o r ec s ph o t - r o l l e ds t e e lw a sa d o p t e df o rt h ep r o d u c t i o no fc o l d - r o l l e da n dd e e p - d r a w e ds t i r p a sar e s u l to ft h ec h a r a c t e r i s t e ro ft h i ns l a bc a s t i n ga n dr o l l i n gt e c h n o l o g y ，t h e r e a r es o m eq u a l i t yi s s u e si nt h ea p p l i c a t i o no fh o t r o l l e ds t e e lf o rt h ep r o d u c t i o no fc o l d r o l l e d s t r i p i nt h i sp a p e r ，t h es h o r tl i n ep r o d u c t i o no f c o l d r o l l e dd e e pd r a w i n gs t r i pi nt h ec s pp l a n t i nb a o t o ui r o na n ds t e e lc o ，l t dw a si n v e s t i g a t e d ，t og i v eam o r es y s t e m a t i cs t u d yf o rt h e p r o c e s sa n dt e c h n o l o g yr e l a t e dt oc o l d - r o l l e dd e e pd r a w i n gs t r i pb a s e do nt h ec s pp r o d u c t i o n t h i st o p i c si n c l u d et h em i c r o s t r u c t u r ee v o l u t i o n ，t h ea n a l y s i so fi n c l u s i o n s ，t h ec h a n g e s i nt e x t u r e ，a sw e l la st h et h ef o r m i n gp r o p e r t yd u r i n gs m a l lr e d u c t i n gf r o mt h ec a s ts l a bt ot h e f i n a lp r o d u c t i na d d i t i o n ，t h ee x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fs e c o n dc o l dr o l l i n gb a s e do nt h e c s p p r o d u c t i o nw a s a l s oc a r r i e do u t t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y , t h e r ee x i s t sh e t e r o g e n e o u sc r y s t a li n c e n t e ra n ds i d ef r o mc a s ts l a bt of i n a l p r o d u c td u r i n gc o l d - r o l l e dp r o d u c t i o nb a s e do nt h ec s pp r o c e s s ，e s p e c i a l l y f o rt h eh o t - r o l l e d s t r i p a f t e rc o l dr o l l i n g ，a n n e a l i n ga n dl e v e l i n g , t h eh e t e r g e n o u so ft h e m i c r o s t r u c t u r er e d u c e ， t h ef i n a lm i c r o s t r u c t u r ep ft h ep r o d u c ta p p e a r st oc a k e s h a p e dg r a i n s o n l yas m a l ln u m b e ro f i n c l u s i o n sw i t ha 1 2 0 3 - b a s e dc o m p o s i t ee x i s t ，t h e s ei n c l u s i o n s h a v es m a l l e rs i z e sa n d g e n e r a l l yl e s st h a nlo t mi nt h ef i n a lp r o d u c t o n l yt h es h a p e o fi n c l u s i o n sc h a n g e s ，w h i l et h e c o m p o s i t i o nd o e sn o ta l t e rd u r i n g t h ep r o c e s so fc o l d r o l l e ds t r i pp r o d u c t i o n s e c o n d l y , t h eq u a n t i t yo fa 1 np r e c i p i t a t e sb e f o r ea n da f t e ra n n e a l i n gh a v ec h a n g e d g r e a t l y , w h i l et h em 3 cp r e c i p i t a t i o np a r t i c l e st e n dt os e g r e g a t ed u r i n gt h ea n n e a l i n gp r o c e s s ， e x c e p t i o nf o ras m a l la m o u n to fp r e c i p i t a t i o ni n c r e a s i n g p a r t i c l e sd i s t r i b u t i o nd u r i n gt h e a n n e a l i n gs t a t ei sm o r eh o m o g e n e o u st h a n t h a to ft h ec o l dr o l l i n gs t a t e t h i r d l y , t h et e x t u r eo fc s p h o t - r o l l e dp l a t em a i n l yc o n c e n t r a t e dn e a r b y 丫一r a yo r i e n t a t i o n ， e s p e c i a l l yf o rt h e 1 11 ) t e x t u r ep r o p o r t i o ni sh i g h e s t t h e 111 ) t e x t u r eo ft h ef i n a lp r o d u c t p o s s e s s10 ，w h i l et h eg o s sa n d 10 0 ) t e x t u r e h o l d5 a n d3 ，r e s p e c t i v e l y f o u r t h l y , t h ef o r m i n gp r o p e r t i e so f s h e e ti n c r e a s e sw i t ht h ed e f o r m a t i o nw i t h i nt h er a n g e o f4 2 5 t o7 5 o i nt h i sr e s e a r c h ，b u tt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa l s os h o w st h a tt h e r em u s t c o m b i n a t ew i t hp r e f e c th e a tt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , f o re x a m p l et h et w o - s t e pa n n e a l i n gp r o c e s s i sb e t t e rt h a nt h a to fs i n g l e s t e p ，a n di nt h ef i r s ts t a g eo ft h ed o u b l es t e pa n n e a l i n gp r o c e s s ，t h e t e m p e r a t u r e sb e l o w 6 0 0 0 ci ss u p e r i o rt ot h ee f f e c to f c l o s et o6 0 0 0 c f i n a l l y ，t h ee f f e c to fs e c o n dc o l dr o l l i n gp r o c e s so nt h ef o r mp r o p e r t i e so f m a t e r i a l si s s i g n i f i c a n t ，i na d d i t i o n ，t h ed e f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o np r o c e s sb e f o r ea n da f t e ra n n e a l i n gh a v e g r e a ti n f l u e n c eo nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dm e c h a a i c a lp r o p e r t i e s t h e s ea b o v er e s u l t so ft h es t u d yh a v eb e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nc s pp l a n t ，b a o t o ui r o n a n ds t e e lc o ，l t d ，a n dp r o v i d eag r e a th e l pf o rp r a c t i c a lp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：c s p ；c o l d - r o l l e ds t r i p ；m i c r o s t r u c t u r e ；t e x t u r e ；p e r f o r m a n c e 1 h 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并 表示了谢意。 签名：塑：基日期：盘盟：乏 关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 内蒙古科技人学硕+ 学位论文 1 文献综述 1 1c s p 生产工艺及特点 薄板坯连铸连轧t s c r ( t h i ns 1 a bc a s t i n ga n dr o l l i n g ) 是2 0 世纪术世界钢铁业的最 新成就，是当代冶金领域前沿性、变革性技术，是氧气转炉和连续铸钢技术发明和应用 之后，炼钢生产的第三次技术革命，是钢铁工业近年来最重要的技术进步之一【l 】。其中 西马克公n ( s m s d e m a g ) 开发的c s p ( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ) 技术是应用最广泛、技术 最成熟的薄板坯连铸连轧工艺之一，具有生产成本低、产量高、质量好等特点【2 】。c s p 是指紧凑式带钢生产线，面对全球能源严重紧缺和板材市场巨大需求的现状，c s p 工艺 已经显示出其在技术和经济效益方面的巨大优势。自1 9 8 9 年美国纽柯克拉福兹维莱钢 厂的世界第一套薄板坯连铸连轧c s p 生产线投产以来，该项技术j 下在不断发展，并有 望成为一个生产高品质钢的重要工岩3 4 】，至今已建成和在建的薄板坯连铸连轧生产线 ( 含中厚板坯连铸连轧) 已近4 0 条、6 0 流，年生产能力达6 0 0 0 多力t 。薄板坯连铸连 轧技术除西马克公司( s m s d e m a g ) 开发的c s p ( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ，包括i s p i n l i n e s f i r pp r o d u c t i o n ) 技术外、还有达涅利公司( d a n i e l i ) 的f t s r ( f l e s x i b l et h i ns l a br o l l i n g ) 技 术、奥钢联( v a i ) 的c o n r o l l 技术、住友公司( s i m i t o m o ) 的q s p ( q u a l i t ys t r i pp r o d u c t i o n ) 技 术、梯宾斯公司( t i p p i n s ) 的t s p ( t i p p i n ss a m s u n gp r o c e s s ) 技术，特别值得一提的还有我 国鞍钢集成创新的a s p ( a n g a n gs t r i pp r o d u c t i o n ) 技术等【5 】。预计到2 0 1 0 年全球可建成7 5 个薄板坯连铸连轧厂，总生产能力可达1 9 亿t 【6 1 。 c s p 工艺的出现、成功及其不断发展，在我国的冶金界同样产生了巨大的反响，国 内的冶金企业极为关注该技术的发展动向。1 9 8 8 1 9 9 2 年，我国政府和有关企业组织专 门技术力量进行薄板坯连铸连轧技术的研究，并跟踪考察国外技术，在1 9 9 2 1 9 9 6 年， 经历长期的技术谈判与设备选型，最终在前冶金部的领导下，珠钢、邯钢、包钢决定以 “捆绑”方式从德国s m s 公司引进c s p 技术，1 9 9 9 年我国第一条薄板坯连铸连轧生产线 在广州珠江钢铁有限责任公司( 珠钢) 投产，之后，邯钢、包钢的c s p 线相继投产， 经过几年的生产实践，我国薄板坯连铸连轧取得了巨大的成就 7 1 ，目前，我国已有珠 钢、邯钢、包钢、鞍钢、唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢、济钢、酒钢、唐山国丰等 1 2 家企业共1 3 条连铸连轧生产线投入生产，年生产能力达3 5 0 0 万t 左右，其中c s p 技术有6 条。生产线的总数量和总生产能力均占世界同类生产线的协左右【8 ，9 】。预计5 内蒙古科技人学硕+ 学位论文 年内，我国的薄板坯连铸连轧生产线可能将达到1 5 条，产能将突破4 0 0 0 万讹，其产 能将占我国热轧板卷产能的3 0 以上，薄板坯连铸连轧生产线将占世界的近3 0 t 9 1 。 c s p 工艺生产流程一般均为电炉( a d 或d c ) _ 钢包精炼炉_ 薄板坯连铸机_ 均 热( 保温) _ 热连轧机一层流冷却一地下卷取l l 。c s p 技术的基本工艺流程】见图1 1 薄板坯从连铸机拉出，厚7 0 m m ，经剪切长度为1 6 0 m ，使用天然气的均热炉加热保 温，薄板坯经由高压水除鳞后，通过“架精轧机轧成2 6 o m m 热轧带卷，冷却后 ia d l e v = 3 5 1 1 0 0 钥5 0 。c e n t r y e x i t bm ，m i n g a u g e ： 5 0m m 1 1 2m m t e m p e r a t u r e ：1 0 5 0 11 0 0 。e 7 5 0 9 2 0 。c m i c r o s t r u c t u r a ：a s c a s t ( u n ) r e c r y s t a l l i z e d i n t er s t an dc oo l i n gs y s t em g e o m e t r yc o n t r o ib ya g c 。c v c p f c 图1 1c s p 工艺原理图 成卷，卷重约2 0 t 。从钢水的冶炼到产品离线，仅需1 5 h 。热轧带卷的质量不断提高， 已从1 9 9 0 年次品率的8 降至1 9 9 6 年后的受。在当时热轧带卷的成本为5 0 , - 6 0 美元 t ，大大地低于传统生产线的成本，向生产板材的大厂显示了强大竞争力。 c s p 的强大竞争力更多来自于其自身采用了许多关键技术【1 1 1 ，从而保证了自身特点 的实现，具体为： ( 1 ) 使用漏斗型结晶器，它有较厚的上口尺寸( 7 0 1 3 0 m m ) ，便于浸入式长水口的 插入，长水口和器壁问的间距不少于2 5 m m ，有利于保护渣的熔化。布什钢厂的试验机 上首次使用后，只能做到1 0 1 5 m i n 的间断浇铸，现在黑克曼厂的结晶器寿命已达1 5 0 炉、希尔杀厂则为8 0 0 炉，漏斗结晶器经过几年来改进，收到了良好的使用效果。 ( 2 ) 严格控制钢水的质量，提高纯净度。对c s p 工艺而言，为保证产品质量，要从 精料做起，采用优质原料、控制废钢杂质、配加直接还原铁( d r i ) 等都是必要的。钢 - 2 阮! 量雠 舻 硼删洲枷 一嘶阳跏 内蒙古科技人学硕十学位论文 水1 0 0 经钙处理，加铝仅为脱氧，一般钢水中c u + n i + m o + s n 总量小于0 2 5 。这 些措施保证了钢板的高质量和生产线的顺行。 ( 3 ) 针对热连轧机组在板形控制方面开发应用了一系列新技术，使薄板坯连铸连轧 生产线更优于传统工艺来轧制薄规格的产品。如轧辊可轴向移动、轧辊热凸度控制、板 厚及平整度的在线控制等措施，保证了生产1 0 m m 厚度的热轧带卷己不是难事。 采用薄板坯连铸连轧工艺以能够生产传统连铸连轧工艺的绝大多数产品，如结构 钢、低合会高强度钢、管线钢、不锈钢及电工刚等。薄板坯连铸连轧生产的热轧钢板， 在强度、韧性等性能方面还优于传统工艺产品，在生产超薄规格热轧板方面，薄板坯连 铸连轧还具有传统工艺不可相比的优势【l i 1 3 】。 c s p 工艺的最大特点是在“一火”条件下完成了钢带和钢板的冶炼、连铸、变形和 在线组织、性能控制等诸多繁杂的冶金过程，薄板坯连铸连轧工艺具有三高( 装备水平 高、自动化水平高、劳动生产率高) 三少( 流程短工序少、布置紧凑占地少、环保好污 染少) 和三低( 能耗低、投资低、成本低) 等优点。由于板坯厚度薄，它在结晶器内冷 却强度大，柱状晶短，铸念组织晶粒细化。研究表明，细晶强化是薄板坯连铸连轧流程 生产热钢带的主要强化机制【1 4 1 。和传统工艺相比，薄板坯连铸连轧工艺还具有如下特 点： ( 1 ) 直接轧制，取消了”6 相变温度区的中间冷却，热轧变形在粗大的奥氏体 组织上直接进行，避免合金元素在板坯冷却过程中析出，而使成品组织得到弥散强化和 获得更精细、更均匀的金相组织。 ( 2 ) 均热工艺、辊底炉式均热炉保证了板坯在轧制过程中头尾温度均匀和稳定， 而使带钢全长的力学性能和厚度公差均匀一致。 ( 3 ) 强力高压水除鳞，保证带钢表面质量。 ( 4 ) 高精度动态液压下厚度自动控制( h a g c ) 、板形和平直度自动控制 ( p c f c ) 、精确的宽度和温度自动控制使带钢几何尺寸精度达到最高水平。 ( 5 ) 较高的轧制温度、进精轧的开轧温度一般控制在11 0 0 - - 11 5 0 ，比常规轧机 进精轧高1 0 0 - - 1 5 0 。因此，即使精轧机架数少，也能更易c l * i j 超薄热轧带钢。 ( 6 ) 薄板坯连铸连轧生产线的小时产量主要取决于连铸机的拉速和板坯宽度，因 此$ l n 薄规格带钢不会像传统轧机那样受到很大影响。 ( 7 ) 在传统的热轧过程中，坯料有一个冷却析出和加热再溶解的过程，而c s p 生产线连铸坯的温度始终位于奥氏体区，使得第二相粒子在坯料中的析出及存在形式发 生了变化【1 5 , 1 6 ，在低碳钢中存在许多纳米级的氧化物和硫化物粒子，可阻碍晶粒长大， - 3 - 内蒙古科技人学硕十学位论文 也起到细晶强化和沉淀强化的作用【1 7 1 。 正是由于c s p 工艺生产的钢带具有的优势，可以为生产冷轧薄板供料成为最好的 选择，但是其晶粒细小，强度偏高，尤其是屈服强度偏耐18 1 ，又成为进一步的冷轧要解 决的问题之一。本文就包钢的生产实际，对c s p 热轧组织特点，析出物等内容进行了 详细的分析。 1 2 冷轧板的概述 1 2 1 冷轧板发展的背景与现状 在工业现代化进程中，钢铁工业一直处于基础产业地位，而冷轧板带的生产又是钢 铁工业发展中的最重要的课题之一。因此，近年来世界冷轧板带的生产技术得到了很大 的发展。在当前世界钢铁生产能力增加、区域市场趋于饱和的形势下，各钢厂纷纷采取 强化高附加值产品的生产策略，优质深冲钢、超深冲钢便是其中最主要的高附加值产品 之一。冷冲压用冷轧薄钢板广泛用于车辆、船舶、家用电器等行业，尤其在汽车工业 中，车身用冷轧薄钢板约占汽车用钢的5 0 以上。现有冷冲压钢板主要缺点是深冲性 能欠佳，特别是变形不均匀并伴有开裂现象，其原因与钢中固溶的c 、n 原子在铁素体 中对位错的钉轧及脱钉造成的屈服平台有关，也与晶粒大小、织构等有关【1 9 】。 尽管与世界先进水平相比差距还比较大，我国在此方面取得的长足进展，也是世人 所瞩目的。但从产量来看，板材的产量在工业发达国家中，一般要占钢材产量的5 0 ( 美国6 0 ，日本约4 5 ) ，而我国直到2 0 0 6 年才达到3 2 以上。 改革开放2 0 多年来，我国国民经济高速发展，取得了令人瞩目的成就。在国民经 济高速增长的推动下，作为国民经济发展基础的中国钢铁工业取得了突破性的发展，而 作为一个国家钢铁工业发展水平重要标志的冷轧板带生产在我国更是取得了骄人的成 绩。目前，我国是世界上冷轧板带生产技术发展最快的国家。鞍钢冷轧薄板厂是我国冷 轧板生产的发源地，在2 0 世纪6 0 年代建成的拥有我国第一套单机架宽带冷轧机的生产 线。经过近5 0 年的发展和进步，目前该厂已有4 条现代化冷连轧薄板生产线。武钢冷 轧板带厂是我国与2 0 世纪7 0 年代建成的拥有我国第一套宽1 7 0 0 m m 冷连轧机的生产 厂。经过近4 0 年的挖潜和发展，目前该产已有3 条现代化冷连轧板带生产线。宝钢冷 轧厂是我国2 0 世纪8 0 年代建成的拥有我国第一套宽2 0 3 0 r a m 全连续式冷轧机的生产 厂，经过2 0 年来的调整和发展，目前宝钢已拥有5 条现代化的冷连轧板带生产线，并 已成为目前我国最大的汽车板生产基地。 4 内蒙古科技人学硕十学位论文 本钢、攀钢冷轧厂经过进一步的改扩建，为我国钢铁工业、特别是东北及大西北地 区板带生产建设做出了新的贡献。包钢、马钢、涟钢、邯钢、济钢、昆钢等为了生产高 附加值的冷轧板带产品、提升企业的竞争能力，也已建成相应的冷轧厂。太钢、宁波宝 新、上海克虏伯( s k s ) 等厂着力于冷轧不锈钢产品的生产，弥补了我国特种钢冷轧板 带产品的市场短缺1 2 0 1 。 兰格钢铁信息中心同前发布的一份报告显示，0 8 年我国冷轧板卷出口量明显上 升。据海关统计，l 1 1 月冷轧板卷出口量为3 1 0 1 9 万t ，较去年同期上涨1 3 7 2 1 万t ， 涨幅为7 9 3 。分期来看，2 0 0 8 年上半年，国际市场需求旺盛，冷轧出口量开始直线攀 升，7 月份冷轧产品出口量达到3 9 9 7 力t ，实现“净出口”的历史性转变。下半年，国内 外价差开始加大，7 月3 1 日最高价差达到2 6 2 美元t ，钢贸商追求利润最大化的行动更 加突出。另外，出口退税或将取消的传言更加大了企业抢关出口的力度。在此背景下， 8 月份冷轧出口量再创新高，使净出口国地位进一步巩固。不过，随着国际金融危机的 进一步恶化，国际市场需求加剧萎缩，使我国冷轧板卷出口明显受阻。据海关数据统 计，1 1 月份我国冷轧板卷出口量回落至1 5 万t ，较7 月最高点跌6 2 5 ，环比l o 月份 跌5 4 。冷轧薄板卷再次回归“净进口”状态。目前，国际、国内市场尚未完全走稳，短 期内冷轧出口形势难以好转，1 2 月份国内冷轧板卷出口形势依然严峻。预计，金融危 机对出口的影响在0 9 年仍将持续。 1 2 2 国内外冷轧板技术发展趋势 国外冷轧冲压钢板的生产厂家主要有日本的新日铁公司，韩国的浦相制铁公司和德 国的t h y s e e n 公司等，国内技术先进企业主要是上海宝山钢铁公司。冲压钢板的发展趋 势主要体现在钢铁冶金质量的精确控制，实现材料的高纯净和高均匀性；冷轧上游工序 的薄板坯连铸连轧( t s c r ) 技术的应用；冷轧及热处理工艺的精确控制，实现产品的 高性能和低成本生产。 1 3c s p 线上冷轧板的开发 冷轧钢板对众多的工业材料来说一直是最重要【2 ，冷轧板材的质量就显得尤为重 要，影响冷轧板质量的因素是多方面的，原材料是最主要的影响因素之一。冷轧板材的 生产原料是热轧带钢，因而冷轧生产产品的质量好坏与热轧带钢的质量关系很大，热轧 带钢的组织和性能直接影响到冷轧的组织和性能。而影响热轧带钢组织和性能的影响因 5 - 内蒙古科技人学硕十学位论文 素除钢坯加热温度和保温时间之外，主要因素是终轧温度、卷曲温度、末道次压下率 嘲。c s p 工艺的出现给冷轧板的生产带来了福音，因为它可以为冷轧板生产提供优质的 原料。同时，由于c s p 工艺与传统生产工艺的不同，在冷轧钢板的生产过程中有许多 问题需要解决。首先在与传统的热轧板带的相比较中，可以看出，轧制工艺与热历史的 明显不同，前者从钢水冶炼到板卷成品约1 5 h ，而传统工艺所需时间要长的多。其次， 在热历史方面，c s p 生产中，从钢水浇铸到板卷成品，板坯经历了由高温到低温、由 丫_ 转变的单相变化过程。而传统工艺中板坯的热历史为丫l _ 0 【l ，0 【l 讹，y 2 _ 睨过 程。由于热历史及变形条件与过程不同，决定其再结晶、相变以及第二相粒子析出过 程、状态和条件的不同，从而对板材成品的组织性能具有不同的影u i j j l 2 3 - 2 5 。薄板坯连铸 连轧生产线生产的热轧板卷的屈服强度一般比传统工艺生产的板卷高1 0 0 m p a 以上，这 给用作冷轧原料带来生产上的困难。因此，国内学术界曾一度认为c s p 技术生产的钢 带不适合于生产加工性能优良的低碳或超低碳等软带钢【2 叩7 】。对此，国内外有些薄板坯 连铸连轧生产企业从冶金成分设计和热轧工艺控制方面进行调整，以降低冷轧了的屈服 强度，目前已取得好的效梨2 7 3 2 1 。本文就包钢以c s p 热轧板为基板生产冷轧钢板的一 些问题进行了研究。 1 3 1 冷轧板材用热轧基板的要求 根据冷轧冲压用低碳钢板材的成形性能和冷轧工艺的需要，作为冷轧基板的热轧板 在成分、组织和性能方面必须达到一定的质量要求，才能为冷轧供货。表1 1 是根据传 统热连轧板s p h c 0 8 砧和0 3 a 1 作为冷轧基板的屈服强度、屈服比和延伸率的参考值， 这些是根据部分生产数据和实验室数据整理得到的【3 3 】。 降低c 、s i 、m n 和n 含量有利于降低屈服强度、提高延伸率、改善成形性能，降 低p 、s 、o 含量对于减少钢的夹杂物、改善冷轧板表面质量、提高力学性能和成形性 能的均匀性和稳定性十分重要。国际先进水平的深冲汽车板均按纯净钢的要求进行生 产。 表1 1 传统热连轧工艺生产的热轧基板的性能 - 6 内蒙古科技人学硕十学位论文 冷轧冲压钢板对a 1 含量的控制要求比较严格，即要求酸溶铝含量不能低于一定水 平，又要防止加铝量过高而造成大量a 1 2 0 3 夹杂。因此，在薄板坯连铸连轧条件下，冷 轧基板的冶金成分必须进行控制，表1 2 提出不同冷轧冲压板的冶金成分控制范围参考 值。 表1 2 不同冷轧冲压板的冶金成分控制范围参考值( ) 另外，为了满足冷轧板退火后的成形性能，冷轧基板在热轧过程的开轧、终轧和冷 却、卷取工艺控制十分重要，其中主要控制钢的晶粒组织和析出物，尤其是舢n 的控 制。需要注意的是，在传统流程中，通常采用三高一低的工艺控制原则，即高温加热、 高温初轧、高温终轧和低温卷取。其目的是在铸坯加热过程中尽量使a 1 n 溶解于钢的 奥氏体基体中，在随后的轧制和冷却过程中尽可能抑制a l n 析出，而在冷轧后的再结 晶退火过程中再使a i n 析出，这对冷轧板形成有利织构并提高r 值很重要。 1 2 3 2c s p 线上冷轧钢板的成功开发 由于c s p 产品在性能和成本上的优势，使众多厂家都在采用c s p 产品为基料生产 冷轧板，对于生产冷轧板c s p 产品相对与传统热轧板材有自己的优势1 8 】，但同时，也 有些问题需要解决。 1 3 。2 1 c s p 产品生产冷轧板的优势 首先是c s p 产品组织均匀。铸态组织的细小、均匀及c s p 板坯在整个长度和宽 度上温度恒定，使c s p 产品的晶粒也达到非常均匀的一致。在纵向、横向的不同位置 ( 表面、1 4 厚度和中心区) 的c s p 产品晶粒大小在不同位置组织结构的变化不大，表 现出组织非常的均匀一致。 其次是优良的板形和尺寸精度。c s p 均热工艺可保证板在轧制中温度的均匀和稳 定，当板坯头部进入轧机时，其它部分仍在炉内保温，出炉后的板坯与空气接触的时间 极短，从而保证了板坯的横截面与纵向的温度分布，温度的稳定保证了板坯再轧制时没 _ 7 - 内蒙古科技人学硕十学位论文 有抗力的波动，使轧制力的稳定，从而保证了热轧板的优良板形和尺寸精度，相反则会 造成热轧板出现不良板形和尺寸精度偏差较大，热轧时的这些缺陷在冷轧时是最多只能 减小，而不会消除。这最终会导致冷轧产品质量下降，甚至不合格。 还有c s p 产品的性能均匀、稳定。由于薄板坯在结晶器内的冷却强度远远大于传 统的板坯，薄板坯原始铸态组织品粒比传统的板坯更细、更均匀。同时，由于冷却强度 大，薄板坯的微观偏析也可得到较大的改善分步也更均匀。因此，c s p 产品的性能更 加均匀、稳定。 1 3 2 2c s p 生产冷轧板条件的满足 前面已分析c s p 作为冷轧基板的最主要问题就是屈服强度过高，要解决此问题， 资料【3 3 也给出了一些办法，主要是通过调整钢的成分和轧制工艺的改变。 对于成分控制，首先就是降低c 的含量，如果没有真空脱气设备，将碳含量降低 到0 0 3 以下很难，但一般应控制在0 0 4 左右；另外就是s i 的含量必须控制在0 0 3 以内，特别是对于生产镀锌板时，s i 含量的要求更严格。还有有害元素p 和s 的控制应 该分别小于0 0 1 5 和0 0 1 2 。最后还要应该严格控制0 和n 的含量。 钢板生产工艺的控制主要是要适当调整出炉温度、终轧温度和卷曲温度，降低热轧 后的冷却速度，调整晶粒尺寸。 1 4 退火对冷轧钢板组织的影响 冷轧钢板的组织和性能除了受到前面所说的热轧原料的影响外，还要受到冷轧完成 后的退火工艺的影响。冷轧板是由热轧板带为原料进行轧制生产的，有强烈的加工硬化 的影响。金属在塑性变形的过程中，随着金属内部组织的变化，金属的机械性能也将产 生明显的变化，即随着变形度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性下降，这一现象 即为加工硬化或变形强化【3 5 1 。其强化的效果是非常明显的，但是，金属经加工硬化后， 金属的塑性大为降低，继续变形就会导致开裂。而作为冷轧板材，所要使用的性能是除 了要保证有一定的强度外，最重要的就是要有足够的塑性，为了消除这种硬化现象以便 继续进行冷变形加工，这就需要对板材进行再结晶退火处理。 再结晶退火是将冷变形金属加热到规定的温度，并保温一段时间，然后缓慢冷却到 室温的一种热处理工艺。其目的是降低硬度，提高塑性，回复并改善材料的性能。再结 晶退火对于冷成型加工十分重要。 8 - 内蒙古科技人学硕十学位论文 在再结晶退火过程中，回复、再结晶和晶粒长大往往是交错重叠进行的。对于一个 变形晶粒来说，它具有独立的回复、再结晶和晶粒长大三个阶段，但对于金属材料整体 来说，三者是相互交织在一起的。因此，在控制再结晶退火后晶粒大小时，影响再结晶 温度、再结晶晶粒大小及晶粒长大的诸因素都必须全面地予以考虑。对于给定的金属材 料来说，在这些影响因素当中，以变形度和退火温度对再结晶退火后的晶粒大小影响最 大。一般来说，变形度越大，则晶粒越细；而退火温度越高，则晶粒越粗大。对于冷轧 板退火的研究比较多【3 够刀，其中对于s p c c s d 钢的研究表明，不同的退火工艺对钢中 组织的影响明显。这主要体现在晶粒的大小上，见图1 2 。存在上述情况的原因在于钢 在退火时有析出物析出。一般来说，双台阶退火有助于在再结晶行为发生前析出物析 出，而细小弥散的析出物可以使晶粒细化。本文第三章也对退火板材成形影响的影响进 行了研究中，实验中采用了三种退火工艺，其中的两种就是双台阶退火。 图1 2 退火工艺对s p c c - s d 晶粒尺寸的影响 1 5 织构对轧钢板的影响 随着人们对材料的组织、织构与性能之间的相互关系认识的深入，越来越显示出晶 粒组织织构对控制和改善材料性能的重要性。晶粒尺寸反映了材料的微观组织特征，直 接影响材料的性能。在晶粒长大过程中，除了晶粒尺寸变化外，还常常伴随着织构的变 化。因此控制材料具有某种所需要织构组态对材料的性能也具有重要意义【3 8 】。对于冷轧 板织构的研究非常之多【3 8 举】，这主要是因为冷轧板的织构对其使用性能影响特别显著。 9 内蒙古科技人学硕十学位论文 1 5 1 织构的定义及类型 单晶体在不同的晶体学方向上，其力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学甚至核物理等 方面的性能会表现出显著差异，这种现象称为各向异性。多晶体是许多单晶体的集合， 如果晶粒数目大且各晶粒的排列是完全无规则的统计均匀分布，即在不同方向上取向几 率相同，则这多晶集合体在不同方向上就会宏观地表现出各种性能相同的现象，这叫各 向同性【4 5 1 。 然而多晶体在其形成过程中，由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影 响，或在形成后受到不同的加工工艺的影响，多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向 排列，呈现出或多或少的统计不均匀分布，即出现在某些方向上聚集排列，一般认为， 许多晶粒取向集中分布在某一或某些取向位置附近时称为择优取向，择优取向的多晶体 取向结构称为织构【4 3 1 。织构测定在材料研究中有重要作用。 为了具体描述织构( 即多晶体的取向分布规律) ，常把择优取向的晶体学方向( 晶向) 和晶体学平面( 晶面) 跟多晶体宏观参考系相关连起来。这种宏观参考系一般与多晶体 外观相关连，譬如丝状材料一般采用轴向；板状材料多采用轧面及轧向。多晶体在不同 受力情况下，会出现不同类型的织构。 1 ) 丝织构：轴向拉拔或压缩的金属或多晶体中，往往以一个或几个结晶学方向平 行或近似平行于轴向，这种织构称为丝织构或纤维织构。理想的丝织构往往沿材料流变 方向对称排列。其织构常用与其平行的晶向指数 表示。 2 ) 面织构：某些锻压、压缩多晶材料中，晶体往往以某一晶面法线平行于压缩力 轴向，此类择优取向称为面织构，常以 h k l 表示。 3 ) 板织构：轧制板材的晶体，既受拉力又受压力，因此除以某些晶体学方向平行 轧向外，还以某些晶面平行于轧面，此类织构称为板织构，常以f h k l 表示。 1 5 2 织构的形成 1 5 2 1 变形过程中织构的形成 金属经形变后由于晶粒的转动而产生的具有择优取向的多晶体组织叫形变织构。影 响形变织构类型的因素很多，包括变形条件( 变形方式、应力状态、变形温度、变形速 度、变形程度、润滑条件等) 、材料的基本性质( 点阵类型、化学键性质、层错能、原 始织构、晶粒大小等) 以及合金化特点( 合金元素的性质、浓度、相状态等) 【删。 1 0 内蒙占科技人学硕士学位论文 会属与合金塑性变形的基本机理是晶体的一些部分相对于另一些部分的晶内剪切移 动。滑移是金属多晶体塑性变形过程中起主要作用的变形机理。变形过程中，在外力的 作用下，晶体内的位错不断滑移，同时晶体的取向也会随之作相应的转动。随压下率增 加，多晶体内各晶粒的取向逐渐向某一或某些取向附近靠来，从而形成不同类型的变形 织构 4 7 1 。由于有晶界的限制，多晶体晶粒不能象单晶体那样自由转动，只有超过相当 变形后，如立方晶系要超过4 0 ，才能逐渐出现择优取向。随变形量的加大，择优取向 程度加大【4 8 1 。 1 5 2 2 再结晶织构的形成 金属再结晶退火后具有形变织构的金属多晶体材料再结晶后形成的择优取向的多晶 体组织叫再结晶织构。金属经过大量冷变形之后会形成变形织构，具有变形织构的金属 经过再结晶之后，可能将变形织构保留下来，或出现新织构，也可能将织构消除。 再结晶织构的形成与变形程度和退火温度有关。变形越大，退火温度越高，所产生 的织构越明显。例如铜板经9 0 冷变形并在8 0 0 退火后，可产生织构，如果变形度减 为5 0 , - , 7 0 ，仍于8 0 0 退火，则不出现织构。同样，在变形程度很大时，若降低退火 温度也不会出现织构【3 5 1 。 金属冷变形后的再结晶的过程是一个形核和核长大的过程，新生成的核的取向以及 长大的晶粒的取向往往不是随机分布，这个过程受很多因素的影响。如基体材料的化学 性质、位错密度和分布、杂质的性质、晶界和相界的界面能差值、形变织构的类型、再 结晶温度、时间等。 自本世纪3 0 年代开始，人们根据再结晶过程中金属取向变化规律提出了一些有关 再结晶的新观念，并逐渐发展成不同的理论。6 0 年代问世并随后得到完善的取向分布 函数分析法则有利地推动了这些再结晶理论的发展，形成了现代再结晶理论。其中影响 较大、为人们所接受的新理论有定向形核理论和选择生长理谢4 6 , 4 9 , 5 0 , 5 1 】。 1 ) 定向形核理论 这个理论认为再结晶的核心同变形织构之间存在一定的晶体学取向关系。这种具有 特定取向的核心依靠吞并变形基体而生长，就形成了再结晶织构。 定向形核理论很好地解释了再结晶织构同形变织构相同的现象，但它的不足之处是 它不能解释实践中经常观察到的再结晶过程中织构类型的变化。 2 ) 定向生长理论 内蒙古科技人学硕+ 学位论文 这一理论的依据是晶界迁移率m 和相应的晶界迁移速度明显地依赖于相邻晶粒的 相互取向和一系列其它因素，根据这个理论，在初