（材料学专业论文）冶金工艺对ddq深冲钢组织与性能的研究.pdf

中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 根据南方某钢铁公司c s p 短流程工艺生产深冲钢的实际需要， 本文分四个部分研究了不同冶金工艺对深冲钢铸锭、连铸坯、热轧基 板和冷轧退火板组织与性能的影响。第一部分主要研究了不同冶金工 艺的深冲钢中夹杂物形貌与类型以及残余元素在深冲钢的分布状态， 通过金相、扫描电镜及透射电镜组织观察对其进行了一定的机理分 析。第二部分对热轧板、冷轧退火板进行力学性能测试，并且结合织 构测试结果以及纳米级析出物的观察揭示了引起力学性能差异的本 质原因。第三部分采用了g l e e b l e 1 5 0 0 热力模拟机模拟多道次热轧过 程，研究了终轧温度、卷取温度和冷却速率对热轧板显微组织的影响， 对热轧过程中纳米级析出物的析出规律进行了深入的观察与分析，并 且获得了最佳的实验室热轧工艺参数。经过实验研究，得到以下结论： 1 ) 双联工艺比单联工艺能更有效的去除夹杂物，r h 单联工艺样品中 夹杂物主要是a 1 2 0 3 ，双联工艺夹杂物主要是铝酸钙、c a s 和少量含 m g 有色金属夹杂；砌 + l f 双联工艺增碳严重，产生了较多的游离三 次渗碳体，降低了深冲钢的深冲性能，l f + i m 双联工艺为较佳的冶 金工艺。 2 ) 残余元素a s 在基体与氧化膜分界处发生了偏聚，c r 元素以化合 物形式存在，a s 、s n 、c u 以固溶形式均匀分布在基体中，固溶强化 引起材料硬度与强度升高。 3 ) l f “m 双联工艺热轧板和冷轧退火板深冲性能最好。其热轧板抗 拉强度比r h + l f 双联工艺和单联工艺分别降低了2 0 m p a 和3 0 m p a ， 屈服强度降低近3 0 m p a 和5 0 m p a ，并且保持了较高的延伸率；其冷 轧退火板抗拉强度较r h + l f 双联工艺和单联工艺降低了3 0 m p a 左 右，屈服强度分别降低了2 0 m p a 和4 0 m p a ，其延伸率超过了4 5 。 4 ) 纳米级析出物对深冲钢织构有重要影响，深冲钢中纳米级析出物 主要是c u s 和c u s m n s 复合析出物，分布稀疏且体积粗大纳米级析 出物有利于 1 1 1 ) n d 的y 取向织构密度的增强，使深冲钢深冲性能 提高。 5 ) 热轧过程的终轧温度应稍高于9 3 0 ，卷取温度应在6 0 0 以下， 层流冷却速率越大越好，一般应控制在大于3 0 s 。 关键词：c s p ，深冲钢，夹杂物，残余元素，织构，热模拟 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a lp r o c e s so fd e e pd r a w i n gs t e e lb a s e do n t h ec s p p r o c e s so f as o u t hc h i n ai r o na n ds t e e lg r o u p ，t h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n tm e t a l l u r g yo nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e o fi n g o tc a s t i n g ，c o n t i n u o u s l yc a s tb l o o m ，h o tr o l l e ds h e e ta n da n n e a l e d s h e e tw a sd i s c u s s e di nt h ef o l l o w i n gf o u rp a r t s i nt h ef i r s t p a r t , t h e i n c l u s i o n sa n dr e s i d u a le l e m e n t si nt h es t e e lt h a td e a l e dw i t hd i f f e r e n t m e t a l l u r g yw e r es t u d i e d ，b ym e a n so fo m ，s e ma n dt e mw eh a v ed o n e s o m em e c h a n i s mr e s e a r c h i nt h e s e c o n d p a r t , t h e m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e s o fh o tr o l l e ds h e e ta n da n n e a l e ds h e e t w e r et e s t e d c o m b i n e dw i t ht h er e s u l to ft e x t u r et e s ta n dt h et e mo fn a n o s c a l e p r e c i p i t a t e dp h a s e sw es t u d i e dt h ee s s e n t i a lr e a s o no ft h em e c h a n i c a l p e r f o r m a n c ed i f f e r e n c e i nt h et h i r dp a r t , t h ep r o c e s so fm u l t i p a s sh o t r o l l i n gw a ss t u d i e db yg l e e b l e - 15 0 0t h e r m o d y n a m i cs i m u l a t o r t h e i n f l u e n c eo ft h ef i n a lr o l l i n g t e m p e r a t u r e ，c o i l i n gt e m p e r a t u r ea n dc o o l i n g r a t eo nm i c r o s t r u c t u r eh a db e e nr e s e a r c h e d a tt h es a m et i m e ，w e a n a l y z e da n d d i s c u s s e dt h e p r e c i p i t a t i o nr e g u l a r i t y o fn a n o s c a l e p r e c i p i t a t e dp h a s e sd u r i n gt h ep r o c e s so fh o tr o l l i n ga n df i n a l l yo b t a i n e d t h eo p t i m i z e dh o tr o l l i n gp a r a m e t e r si nl a b o r a t o r y t h r o u g ht h ea b o v e r e s e a r c h ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ： 1 ) d u p l e xt e c h n o l o g yc a nr e m o v ei n c l u s i o n sm o r ee f f i c i e n t l yt h a ns i n g l e r h t e c h n o l o g y , t h ei n c l u s i o n so fs i n g l er h t e c h n o l o g yw e r ea 1 2 0 3 ，b u t 中南大学硕士学位论文a b s t r a ( 了 t h ei n c l u s i o n so fd u p l e xt e c h n o l o g yw e r ec a l c i u ma l u m i n a t e ，c a sa n d o t h e ri n c l u s i o n sc o n t a i nt h ee l e m e n tm g c a r b u r i z a t i o nh a p p e n e dd u r i n g t h e 卅l ft e c h n o l o g yw h i c hc a u s e ds e r i o u sc e m e n t i t ea n dd e c r e a s e dt h e q u a l i t y o f d e e pd r a w i n g l f + r ht e c h n o l o g y w a st h e o p t i m i z e d m e t a l l u r g yt e c h n o l o g y 2 ) t h ee n r i c h m e n tp h a s e so fa se x i s t e db e t w e e nt h ei n t e r f a c eo f o x i d a t i o nl a y e ra n ds t e e lm a t r i x t h ee l e m e n tc re x i s t e di nt h ef o r m a t i o n o fc o m p o u n da n dt h eo t h e rr e s i d u a le l e m e n t se x i s t e de v e n l yi nt h em a t r i x i nt h ef o r m a t i o no fs o l i ds o l u t i o n s o l i ds o l u t i o ns t r e n g t h e n i n gi n c r e a s e d t h eh a r d n e s sa n ds t r e n g t h 3 ) t h e h o tr o l l e ds h e e ta n da n n e a l e dc o l dr o l l e ds h e e tw h i c hw e r ed e a l e d w i t hl f + r ht e c h n o l o g yh a dt h ec o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s c o m p a r e dw i t hr h a n dr h + l ft e c h n o l o g yt h et e n s i l es t r e n g t ho fh o t r o l l e ds h e e tw a sd e c r e a s e db y2 0 m p aa n d30 m p ar e s p e c t i v e l ya n dt h e y i e l ds t r e n g t hw a sd e c r e a s e db y3 0 m p a a n d5 0 m p a t h et e n s i l es t r e n g t h w a s30 m p al o w e rt h a nt h a to fr ha n dr h + l f t e c h n o l o g y sa n dt h ey i e l d s t r e n g t hw a s2 0 m p aa n d4 0 m p al o w e rt h a nt h a to fr ha n di u + l f t e c h n o l o g y sr e s p e c t i v e l y t h ee l o n g a t i o nr a t eo ft h eh o tr o l l e ds h e e ta n d a n n e a l e dc o l dr o l l e ds h e e tw h i c hw e r ed e a l e dw i t hl f + r ht e c h n o l o g y w e r eb o t hv e r yg o o d 4 ) n a n o s c a l ep r e c i p i t a t e dp h a s e sh a v em u c hi m p a c to nt h et e x t u r eo f d e e pd r a w i n gs t e e l t h et y p eo fn a n o s c a l ep r e c i p i t a t e dp h a s e sw e r e i i i m a i n l yc u sa n dc u s m n sm i s c i b l ep r e c i p i t a t e d i s p e r s e da n db u l k y n a n o s c a l ep r e c i p i t a t e dp h a s e sh a v ep r o m o t i n ge f f e c to nt h ef o r m a t i o no f 111 n d 丫t e x t u r ea n di n c r e a s et h eq u a l i t yo fd e e pd r a w i n g 5 ) d u r i n gt h eh o tr o l l i n gp r o c e s st h ef i n a lr o l l i n gt e m p e r a t u r es h o u l db e a b o v e9 3 0 。c ，t h ec o i l i n gt e m p e r a t u r es h o u l db eb e l o w6 0 0 c t h e c o o l i n gr a t ew a st h ef a s t e rt h eb e s t g e n e r a l l ys p e a k i n gi ts h o u l db em o r e t h a n3 0 s k e y w o r d s ：c s p ，d e e pd r a w i n gs t e e l ，i n c l u s i o n s ，r e s i d u a le l e m e n t ， t e x t u r e ，t h e r m a ls i m u l a t i o n i v 中南人学坝i j 学位论文义献综述 1 1 引言 第一章文献综述 钢铁产品中，板材的技术含量和板材的生产能力最能体现一个国家钢铁企业 的综合实力。国外正规钢铁企业都十分注重板材生产。美国、德国和同本钢铁行 业板材产品在所有钢材产品中所占的比例都在8 0 以上。其中，汽车钢板所占比 例为5 0 0 0 - - 6 0 。而中国的板材产品占全国钢材产品的比例只有3 2 ，其中汽车 冷轧板所占比例就更小，在国内最好的钢铁企业，汽车冷轧板在所有钢铁产品中 所占比例也不到4 。 汽车工业的迅速发展对深冲钢性能提出了更高的要求，可以说汽车工业的发 展与深冲钢板的发展是相辅相成。自从1 9 世纪8 0 年代第一辆汽车问世以来，汽 车工业已有1 0 0 多年的历史了。2 0 世纪6 0 、7 0 年代起，北美、同本和西欧的汽 车工业得到了迅猛的发展，据国际汽车工业会( o i c a ) 数据显示：到2 0 0 5 年， 全世界的汽车产量已达6 6 5 3 力辆年。与此同时，新兴市场( 指经济高速增长的 中国、韩国等国家和拉美、东欧等地区) 对汽车的需求量不断增加。有关数据显 示，2 0 0 8 年中国汽车市场年需求量超过了1 0 0 0 万辆，2 0 1 0 年中国汽车市场将成 为全球增长最快的市场，占全球总量的2 0 。 汽车工业的发展与原材料工业有着极为密切的关系。根据德国联邦统计局统 计，生产一辆汽车的费用按比例分配为原材料占5 3 、制造占3 0 、设计开发 占5 、其它占1 2 。汽车工业需要的原材料主要为钢材，约占总用材量的7 0 ， 而钢板中使用量最大的是具有良好成形性能的深冲钢板，一辆汽车使用深冲钢板 6 0 0 8 0 0 k g ，深冲钢板成形件5 0 0 - - 6 0 0 件i l j 。 中国的汽车用深冲钢板随着汽车工业的发展取得了长足进步，但与美国、德 国和同本等主要汽车钢板生产国的产品实物相比，在技术方面仍有很大差距。特 别是国内高端深冲钢板市场一直依赖进口，但可喜的是，目前，我国的各大钢铁 企业都投入大量的人力物力发展自己的深冲钢板产业。目前，在传统长流程工艺 线上生产商用c q 级、冲压d q 缴和深冲d d q 级冷轧薄板的技术已经成熟。但 是，c s p 短流程工艺线生产的热轧基板与长流程工艺线生产的热轧基板相比，在 组织和性能上有一定的差别。因此，很多钢铁企业为了在c s p 短流程工艺线上 生产出相应的深冲用热轧基板与冷轧薄板，提出了对生产工艺进行系统的研究。 建立与c s p 短流程工艺相适应的工艺参数，提高深冲钢板的质量水平，满足用 户对冲压用冷轧薄板性能的多种需求。 中南人学硕i ：学位论文 文献综述 1 2c s p 连铸连轧工艺简介 c s p ( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ) 工艺由德国西马克公司研制，第一条生产 线于1 9 8 9 年在美国的n u c o rc r a w f o r d s v i l l e 厂投产，生产线全长约3 0 0 米。目前 大约2 3 的薄板坯连铸连轧生产工艺为c s p 线。一机一流生产能力大约1 0 0 万吨 年；两机两流为2 0 0 万吨年。最小热轧卷厚度为1 0 m m ，产品厚度为1 0 - 1 2 7 m m 。 c s p 连铸连轧工艺是典型的薄板坯连铸连轧工艺。薄板坯连铸连轧即由连铸机生 产出来的高温无缺陷坯，无需清理和再加热( 但需经过短时间均热保温处理) 而 直接轧制成材的工艺流程。国外把这种工艺称作c c - d r ( c o n t i n u o u sc a s t i n ga n d d i r e c tr o l l i n g ) 工引2 1 。薄板坯连铸连轧生产线的投产，打破了传统的生产模式， 标志着轧制生产方式、技术和管理水平都进入了一个崭新的阶段。因此，薄板坯 连铸连轧是2 0 世纪8 0 年代开发成功的生产热轧板卷的一种全新的短流程工艺， 是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后钢铁工业最重大的革命性技术之一，世界各国 都给予了极大关注，在冶会界产生了巨大反响。这项综合技术的出现，在带来巨 大经济效益的同时，也给轧钢工作者提出了诸多亟待解决的课题。 1 3c s p 连铸连轧与传统热连轧工艺对比 c s p 连铸连轧是一种短流程的生产方式，因此连铸连轧生产的供冷轧基料与 传统的热连轧生产方式相比，有着较大的不同，两种不同生产工艺流程的比较见 图1 1 【3 】o ( a ) c s p 迮铸连轧生产l ：艺流程 ( b ) 传统热连轧生产l ：艺流程 图i 1c s p 连铸连轧与传统热连轧生产。i ：艺流稃比较 2 中南人学硕i ：学位论义 文献综述 同时，作为冷轧原料，与常规热轧相比，薄板坯连铸连轧工艺生产的热带也 有着特殊之处，其主要优缺点如下卜8 1 ： 优点： 1 ) 由于板坯减薄而产生的快速冷却和凝固过程，不仅可以使板坯内部宏观偏析 均匀分布，而且起到了细化一次奥氏体晶粒的作用； 2 ) 薄板坯连铸连轧的直接轧制可充分发挥微合金元素的全部潜在作用； 3 ) 由于铸态组织细小均匀和温度控制的优势，可在轧后得到非常均匀一致的晶 粒，同卷性能差很小； 4 ) 由于板坯温度均匀，可使薄板坯连铸连轧得到比常规热轧更高的尺寸精度； 5 ) 板形控制水平和常规热轧相当。 缺点：、 1 ) 由于热加工历史的差异，导致薄板坯连铸连轧板坯氧化铁皮结构较薄但非常 致密，在后续加工过程中完全清除难度大。常规热轧除磷水最高压力一般为 1 2 15 m p a ，而薄板坯连铸连轧线除磷水晟高压力般需要达到3 5 - 4 0 m p a ， 即使这样也很难完全保证除磷效果。除磷问题是制约薄板坯连铸连轧生产高。 品质板材产品的重要环节之一。 。 2 ) 裂纹缺陷产生几率大于常规热轧，最常见的是横向角裂和表面纵裂。研究表 明：产生横向角裂的主要原因是浇注过程中钢水温度降至a r 3 点以下时，a i n 随着较软的铁素体相在奥氏体晶界优先析出，形成局部脆化相，造成塑性下 降。为了降低钢中n 和a l 含量和减少这一缺陷，以n u c o r 厂为例，其生产 中一般限制n 0 0 0 9 ：a i 0 0 3 5 。另外，结晶器保护渣润滑不好、负滑 脱值不当、结晶器锥度不合理将致使凝固坯壳承受大的摩擦力，从而诱发横 向凹陷。产生表面纵裂的主要原因是钢水凝固时，铸坯冷却伴有体积收缩和 坯壳与结晶器问的传热，一旦受阻往往会导致应力集中而发生纵裂。薄板坯 连铸连轧由于拉速高、结晶器形状特殊( 与常规热轧相比，相同拉速时结晶 器热流密度大几倍) ，裂纹敏感性更高。另外，钢中s 含量、连铸保护渣的粘 度和液渣层厚度、结晶器内钢水液面波动、钢水温度波动、浸入式水口插入 ： 深度变化和水口堵塞均是影响铸坯纵裂的重要原因。 3 ) 由于薄板坯连铸连轧是直接轧制，对于有缺陷的板坯无法像常规热轧那样下 线清理，给生产高质量产品带来了难度。 4 ) 由于连铸后初始品粒较细小，轧制后得到较粗大的晶粒比较困难。这样直接 导致轧后产品屈服强度、抗拉强度偏高，对冷轧生产和性能控制带来了较大 难度。由于其强度高，造成冷轧轧制难，与轧制常规热连轧机生产的热轧钢 卷相比，在采用相同原料规格、相同道次压下量的情况下，需要更高的轧制 中南人学硕l ：学位论文 义献综述 压力。 5 ) 由于薄板坯连铸连轧热轧钢卷的屈强比高，导致退火处理后，冷轧带钢硬度 高。 由于连铸冷轧的生产特性，在其生产冷轧d d q 级深冲钢板的过程中还存在 许多问题，主要表现为连铸冷轧生产线生产的热轧薄带钢晶粒细小，屈服强度和 抗拉强度都比较高1 9 - 1 0 i 。因此，以连铸连轧热轧基板生产d d q 级深冲钢板还有 许多研究工作需要轧钢工作者进行研究1 1 。1 2 l 。 1 4 深冲钢板质量要求 所谓钢板的深冲性能【1 3 】，是指在冲压成型时，钢板耐冲压的程度，亦即成 型性能的好坏。通常用冲废率大小来表示，这是用户在实际冲压时所能去的指标。 但不能以此作为生产汽车板交货的条件，必须用反映钢板冲压性能好坏的一些指 标来综合反映钢板的冲压性能。其中尤以r 、1 1 值最能反映钢板冲压性能的好坏。 随着汽车制造技术的发展，包括计算机综合制造技术的应用以及汽车品种的 升级换代，汽车对深冲钢板的品质要求不断提高，以便在汽车制造中可以减少废 品，利于操作和提高效率，并可以在使用过程中达到美观、安全、耐用和高效能。 为满足现代汽车制造和使用要求，深冲板必须具备的基本品质是1 1 4 j ： 1 ) 良好的板面平直度和板形，严格的尺寸精度和性能均匀性； 2 ) 优良的成型性能，即：高的塑性应变比r ，高的伸长率万，低的屈服强 度仃。，低的时效指数； 3 ) 良好的焊接性能； 4 ) 部分零件用钢板应具有吸声减震效果； 5 ) 优良的表面形貌和光洁度： 6 ) 高的耐腐蚀性能 7 ) 良好的抗凹能力和足够的抗变形程度。 1 5 深冲钢板发展状况 1 5 1 深冲钢发展历史 深冲钢板在使用过程中主要是利用板材的塑性变形，经过一次或者多次冲压 加工以形成所需要的稳定的最终形状。深冲钢按冲压级别可以分为：商用级 ( c q ) 、普通冲压级( d q ) 、深冲压级( d d q ) 、特深冲压级( e d d q ) 和超深 冲压级( s e d d q 或h e d d q ) ，它们分别与深冲钢板发展的几个阶段相对应。 深冲钢板的第一代产品时丌发并广泛应用于5 0 - - 6 0 年代的普通沸腾钢，其特点是 4 中南人学颂i ：学位论义 义献综述 r 值不高，由于含有较多的0 和固溶n ，所以应变时效明显，只能用于制造普通 冲压件；以低碳铝镇静钢( a k ) 为第二代产品，产生于6 0 8 0 年代，其特点是 通过向钢中加入a l 脱氧并控制a i n 的固溶析出，从而具有优良的深冲性能，同 时，由于n 被固溶成a i n ，在罩式退火或连续式退火加上过时效处理中，绝大 部分c 析出成为f e 3 c ，所以平整后性能稳定；8 0 年代以后出现了以无问隙原子 钢( i f 钢) 为代表的第三代超低碳超深冲钢产品，它是在超低碳钢的基础上 ( c 郢0 0 5 ，n 2 5 的更高级别的深冲钢板，即 s - e d d q 。深冲钢板的生产技术在不断发展，以i f 钢为基础发展起柬的超深冲镀 层钢板、超深冲高强度钢板等新产品不断出现。目前，在超深冲压级钢的基础上 丌发的超深冲高强度钢板和超深冲烘烤硬化钢板已在欧、美、同等汽车生产大国 大量使用【l6 1 。表1 2 表示冷轧d d q 级深冲钢板在各个国家标准的力学性能对比 【1 1 1 。 中南人学硕i ：学位论文文献综述 表l - 2d d q 级深冲钢美国、德国、日本及中国力学性能对比 1 5 2 国外深冲钢板发展现状 近年来国内外薄板的生产水平和发展主要是以汽车板的生产水平为代表。汽 车的发展大大地促进了现代汽车板在品种、质量、性能上的提高。促使汽车板生 产技术水平得到迅速发展。近两年，国外在汽车板研究开发和生产上采用铁素体 区轧制，开发t r i p 钢，生产加c u 高强i f 钢和超深冲b h 板，进行板材织构级 微观组织控制和表面质量控制等，取得了一系列新进展【1 7 j 。深冲钢优异的深冲 性能主要来源于其具有 1 11 面织构i l 弘1 9 j 。 为了提高r 值，国外在热轧方面有所谓的“三高一低”加工规范，即加热温度、 开轧温度和终轧温度高，卷取温度侧2 0 j 。德国人a t o m i t z 也研究开发了可以替 代冷轧带钢的薄规格深冲热轧带钢1 2 。同时，通过润滑轧制技术，织构分析表 明，铁素体区润滑热轧的i f 钢具有较强的 1 1 1 n d 再结晶织构组分，铁素体区 轧制时的润滑条件对低碳加豇冷轧钢板r 值和n 值有较显著的影响，通过热轧 润滑技术，生产出了r 值达到3 0 的超级深冲钢1 2 引。 短流程工艺生产深冲钢已经在国外某些工厂投产，如美国纽柯公司、德国蒂 森克虏伯公司、c o r u s 公司等已经开始采用连铸连轧工艺生产冷轧d d q 级深 冲钢板i z 州m 。 美国南卡罗莱纳州的n u c o r 公司b e r k e l e y 钢厂采用电弧炉炼钢工艺流程， 其主要装备为1 6 5 吨双壳直流电弧炉1 座，l f 炉外精炼装置l 座，2 台c s p 薄 板坯连铸机，l 条c s p 连轧生产线。美国n u c o r 公司b e r k e l e y 钢厂c s p 生产线 采用的先进的生产工艺生产的深冲钢板性能见图1 2 1 2 引。 6 中南人学硕i ：学位论义 文献综述 3 擞l 3 4 0 芷 要姗 穆 ：基2 6 0 捌 墓： l l 射 1 4 0 ，缝q“昀辨纠 t - s p 按 鬯v 3 3 5 j 匡 334 3 j ： 蹉 赫s ， ，：s 曼冒 图1 2 美国纽柯公司b e r k e l e yj i ：厂生产的冷轧深冲钢板的力学性能 德国蒂森克虏伯公司b r u c k b a u s e n 钢厂的c s p 线，为转炉流程钢厂，并具备 r h 真空精炼装置，蒂森克虏伯公司1 9 9 9 年在该厂新增设了c s p 薄板坯连铸连 轧生产线，并与此配套建设和扩建了相关的铁水脱硫预处理、钢包吹氩和l f 炉 外精炼装置等。该厂c s p 铸机首次采用一机二流布置，通过几十次的试验成功 生产出i f 钢，但钢板质量达不到汽车面板的要求【l l 】。 美国b h p 北极星钢厂位于俄亥俄州，为澳大利亚b h p 公司于美国北极星公 司合资的电弧炉短流程钢厂，1 9 9 7 年投产。该厂建有l 座1 7 0 吨双壳竖炉式电 弧炉，2 座l f 精炼炉，1 台q s p 中厚度薄板坯连铸机，l 条8 机架热连轧机。 美国b h p 北极星钢厂的q s p 工艺开发商日本住友金属公司认为，“a a ”级产品 主要有传统连铸生产，c s p 等薄板坯连铸工艺只能生产“b ”级产品，而q s p 中等 厚度薄板坯连铸工艺可以生产“a ”级产品( “a a ”级包括汽车外面板、家电面板、 涂层板等；“a ”级钢板包括汽车内板、普通冷轧板、酸洗热轧板等；“b ”级钢板 则主要为不酸沈的热轧板、钢管卷管用钢板、建筑用钢板等) 1 2 7 - 2 8 】。 为了达到轿车减重、节能、耐腐蚀、安全性的要求，8 0 年代以来，国外的 轿车工业广泛地采用高强度和超深冲钢板和表面处理钢板，因此，开发出了许多 新的深冲板的品种1 2 9 1 。具体如下所示： 超深冲级钢板 随着汽车使用深冲及超深冲( e d d q ) 的钢板的发展，又开发了超高深冲级 ( h e d d q 或s e d d q ) 的钢板。该类钢板的r 值为2 5 ，延伸率为5 1 ，时效 指数相当好。日本已成功开发生产出r 值达到3 o 的这类钢板。汽车上做深冲件 用，以往需2 块或者3 块板焊接而成的，若采用这类钢板，只需一块就能冲压成 型。 涂镀层产品 国外由于车身的耐穿孔性腐蚀的要求，因而采用各种耐蚀性涂镀层钢板，尤 7 中南人学硕i ：学位论义 文献综述 其在美国更是如此。涂镀层钢板种用量最大的是热镀锌和电镀锌钢板，在国外汽 车用热镀锌板中，大量采用的是锌铁合金镀层板。国外轿车用电镀锌板，多采用 厚镀层的电镀锌板。如美国三大汽车制造公司：通用、福特及克莱斯勒公司，汽 车所用钢板3 7 采用厚镀层电镀锌钢板。单面电镀锌镀层厚度有的达1 0 0 - 1 2 0 9 m 2 。 高强度钢板 汽车用，尤其是轿车用高强度钢板发展很快，车体用高强度钢板所占比例趋 向于9 0 。其中烘烤硬化钢板、深冲高强度钢板在国外得到了广泛应用。将来的 趋势，安全要求越来越高，在美国、欧洲对车的安全要求，不仅对j 下面碰撞，而 且对侧面碰撞的安全也提出法律化。因此，对轿车保险杠级车门的加强梁，已采 用超高强度的钢板，因此，对1 2 0 k 1 4 0 k 的超高强度钢板也必然提出需求。 激光拼接宽幅轿车用钢板 3 0 l 轿车用钢板越来越宽，尤其是美国，然而，只靠加长轧机轧辊长度来满足这 一发展趋势，是不可能的，也是不经济的，由此，国外发展了激光拼接宽幅轿车 用钢板的技术。美国福特汽车公司最先开始研究激光拼接汽车板的生产线，德国 蒂森克虏伯首先将该技术应用于工业化，目前，这一技术已在世界上得到了实际 应用，发展很快。 1 5 3 国内深冲钢板发展状况 国内规模以上各个钢厂都已经可以批量生产c q 、d q 级别的冷轧板，虽然 已经开始试制d d q 级别的冷轧钢板，但是由于最终性能强度偏高，塑性应变比 r 值、应变硬化指数a 值偏低，导致冲压性能不好。因此，国内很多钢铁企业都 在加紧试验研究d d q 级深冲钢的开发工作。目前，国内生产的试验d d q 级别 的深冲钢号一般有：i f 、s p c e 、d c 0 4 、s t l 4 、0 3 a 1 等。 我国汽车用深冲钢板的产品大体分为两类：一类是我国独立开发的按 g b 5 2 1 3 8 5 组织生产的以0 8 a i z f ，f i f ，f 级为代表的铝镇静深冲钢；另一类是 按引进专利生产的s t l 4 和s p c e ( n ) 系列，可以满足汽车工业的部分需要，特 别是对卡车的供应没有问题，但是大量用于轿车还需要做必要的研究工作p 。 主要的问题是性能不稳定，表面质量难于满足轿车的要求。无缺陷表面的0 5 板 成品率低，普通表面板的划伤、锈蚀、残留碳也较多。我国也已经开发了微碳的 新型深冲钢并且已经投产，宝钢有s t l 5 钢，武钢有0 3 a 1 钢，但是目前还不能完 全替代s t l 4 和0 8 a l 钢【j 2 j 。 唐山钢铁公司建成了我国第一条f t s r ( f l e x i b l et h i ns l a br o l l i n g ) 薄板坯 连铸连轧生产线【3 3 l 。通过连铸连轧工艺生产的冷轧用基板平均屈服强度为 8 中南人学硕l j 学位论文文献综述 3 0 0 m p a ，平均抗拉强度为3 8 0 m p a ，平均伸长率为4 0 1 3 4 】。冷轧深冲钢板还未 在实际生产中进行生产。 本溪钢铁公司薄板坯连铸连轧生产线( 18 8 0 r a m 机组) 采用了意大利达涅利 公司和同本三菱同立公司的f t s r 工艺。轧机配置了2 架粗轧机和5 架精轧机 ( 2 r + 5 f ) 。本钢前期试生产了d d q 级的i f 钢，冷轧后的力学性能中屈服强度 分别达到了1 4 3 m p a 、1 4 1 m p a ，抗拉强度分别达到了3 0 0 m p a 、3 0 0 m p a ，延伸率 分别达到了4 0 、4 2 5 ，应变硬化指数n 值分别为o 2 5 、0 2 5 ，塑性应变比r 值分别为2 2 0 、2 1 0 。从中可以看出冷轧生产的产品力学性能较好，与传统热轧 工艺生产的冷轧实物产品性能几乎相当【3 5 - 3 6 】。 珠江钢铁公司是国内引进第一条薄板坯连铸连轧生产线的企业，炼钢设备由 德国福克斯公司提供，c s p ( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ) 薄板坯连铸连轧设备由 德国西马克公司，西门子公司和l o i 公司提供，轧机采用了c v c 技术和a g c 技术，珠钢的c s p 生产线是我国第一条也是迄今唯一的一条电炉薄板坯连铸连 轧生产线i 引。但是珠钢只研究和生产了低合会高强度钢，并未涉及深冲钢的生产 3 7 - 3 5 o 邯郸钢铁公司c s p 线是引进德国西马克公司关键技术和设备建设的薄板坯 连铸连轧热卷板生产线，于1 9 9 9 年1 2 月l0r 建成投产。2 0 0 1 年5 月1 6 日， 邯郸钢铁公司又引进德国西马克、罗伊、西门子三家公司的先进设备及技术，建 成第二条薄板坯连铸生产线。邯钢已经进行了深冲钢炼钢方面的生产研究【3 9 删， 但未见生产的力学性能数据等资料。 包头钢铁公司c s p 生产线项目，是国家捆绑引进的三套薄板坯连铸连轧项 目之一。其主要技术设备是由德国s m s 、s i m e n s 、l o i 等公司引进，部分装备 国内配套制造。包钢薄板坯连铸连轧工程是采用现代成熟c s p 技术建设的二机 二流薄板坯连铸连轧生产线。包钢已经开始冷轧深冲板课题的研究，屈服强度为 1 7 8 m p a ，抗拉强度为3 1 0 m p a ，伸长率为4 7 ，应变硬化指数为0 2 1 3 ，塑性应 变比为2 0 8 。包钢c s p 冷轧用钢能够满足g b t 5 2 1 3 2 0 0 1 对深冲用钢s c l 和超 深冲用钢s c 2 的性能要求1 4 。 马鞍山钢铁公司是第二代c s p 生产线的酋家使用者【4 2 1 ，而且成为中国首次 进行c s p 冷轧流程的开拓者。在其实验的生产工艺中，屈服强度分别达到 1 9 9 7 m p a 和2 1 1 5 m p a ，抗拉强度分别达到3 1 9 m p a 和3 3 0 m p a ，延伸率分别达 到4 3 和4 4 ，应变硬化指数分别为0 2 0 2 和0 1 8 9 ，塑性应变比分别为1 4 7 和 2 0 4 。上述性能不仅满足同本j i sg 3 1 4 1 标准的要求，而且满足德国d i n1 0 1 3 0 标准对d d q 级深冲冷轧板的性能要求1 4 5 。 华菱涟源钢铁公司热轧薄板坯连铸连轧生产线从德国西马克德马克公司引 9 中南人学硕i j 学位论文 文献综述 进，为第2 代c s p 工艺技术，均热炉采用布罩克梦( b r i c m o n t ) 技术。第l 流于 2 0 0 4 年2 月5 日全线一次热试车投产，第2 流于同年6 月1 日证式投产【蛔。涟 钢已经开始了试生产连铸连轧基板的冷轧生产板，但屈服强度、抗拉强度、延伸 率等波动较大。 1 6 工艺对超低碳深冲钢性能的影响 超低碳深冲钢( i f 钢) 的生产工艺流程为转炉冶炼r h 真空脱气连 铸热轧泠轧退火平整。生产过程的每一步工序，都对深冲钢的 性能产生影响。为了获得优异的深冲性能，应特别掌握以下三个关键因素： 1 ) 发展强的 l l l 退火织构，以获得高的深冲性能； 2 ) 获得足够粗大的均匀的铁素体晶粒，以获得低的r p o 2 r , , , 和高的应变硬 化指数n 值； 3 ) 控制第二相粒子( 纳米级析出物) 的析出，以控制时效效应，改善塑性。 1 6 1 化学成分对超低碳深冲钢性能的影响 超低碳深冲钢之所以能付诸于大生产主要是由于采用真空脱气技术使得碳 含量大大降低的结果。现在采用底吹转炉冶炼，经过改进的r h 处理，在连铸中 采用防增碳措施，在经济的条件下可以使c 含量大大降低，一般c 0 0 0 5 ， n o 0 0 3 。最新的i f 钢产品其碳含量可以低于0 0 0 2 。合理的成分对于超低 碳深冲钢产品的优良性能的取得是至关重要的。现有的研究公认降低钢中的c 和n 元素的含量可以明显提高深冲钢的r 值( 见图1 3 ) 4 7 1 0 图1 3 超低碳钢中c 含量与r 值之间的关系 1 6 2 粗扎工艺对超低碳深冲钢性能的影响 在热连轧生产过程中，钢坯从加热炉中出来后，首先要经过粗轧，传统的超 低碳深冲钢( i f 钢) 热轧生产中，为了保证i f 钢在奥氏体区精轧，粗轧温度一 1 0 中南人学硕i ：学位论文义献综述 般较高，要求终轧温度在a r 3 线以上。目前，有许多研究人员在研究铁素体区热 轧工艺，因为铁素体区轧制工艺降低了粗轧温度，可以将出炉温度降低，降低粗 轧温度可以使进入精轧前的奥氏体晶粒尺寸细小，研究发现可以提高r 值。 1 6 3 精轧工艺对超低碳深冲钢性能的影响 传统的低碳铝镇静钢生产过程中追求高的精轧工艺温度，因为当温度降低到 奥氏体、铁素体两相区时，会造成混晶现象出现，并且出现了较强的不利于深冲 性能发挥的织构，这种不利于深冲性能发挥的织构很难在后续的生产过程中消除 1 4 8 - 4 9 1 。但对于i f 钢来说，研究结果表明【5 0 - 5 2 1 ，降低铁素体区轧制温度，将有利于 1 1 l 织构的发展，从而改善r 值。t a k e h i d es e n u m a 5 3 j 的实验研究认为，铁素体 区内较低温度的轧制可以细化铁素体晶粒，从而促进 1 1 l 取向织构的发展，有 利于深冲性能提高。但是，终轧温度不能降的太低，否则会显著提高变形抗力。 1 6 4 卷取温度对超低碳深冲钢性能的影响 卷取温度影响着热轧过程终轧后铁素体晶粒的大小，卷取温度越高，晶粒的 平均尺寸越大。由此，一般认为高的卷取温度有利于 l l l 织构的发展，从而改 善塑性应变比r 值。但是，v l e r o y ”j 认为，卷取温度最好不要太高，最好低于， 6 0 0 ，这可以避免较大程度的回复，因为回复过程消耗大量的应变储能，不利 于再结晶过程的充分进行。对于铝镇静深冲钢来说，采取低温卷取对于提高其深 冲性能有利1 4 圳。综上所述，卷取温度应在一定的范围内选取。 1 6 5 压下率对超低碳深冲钢性能的影响 精轧压下率和精轧温度一样，都决定着精轧完成后的超低碳钢中是否有足够 多的铁素体变形组织，即足够的变形积累。t a k e h i d es e n u m a l 5 3 l 的研究发现，钢 中对深冲性能有利的 1 1 1 织构取向在轧制期间随着轧制压下率的增大变化不明 显，但经过再结晶后， 1 1 l 织构随轧下率的增加而迅速增加。他提出，为得到 好的深冲性能，铁素体轧下率应该超过7 5 。s a t o hs e i j i l 5 5 】也得到类似的结论， 他研究的是铁素体区热轧后再冷轧以获得超深冲级钢板。 1 6 6 润滑条件对超低碳深冲钢性能的影响 鹿岛高弘【5 6 1 在研究牛脂润滑条件下进行未再结晶铁素体区热轧以及7 0 的 冷轧钢板时发现，在热轧状态、冷轧状态和退火状态的钢板，板厚方向极密度分 布均匀，没有明显变化；而在无润滑条件下，热轧状态、冷轧状态和退火状态的 中南人学硕卜学位论文 义献综述 钢板板厚方向极密度分布有明显的不均匀性，在表层各极密度与随机强度大致相 同，而随着趋近于板厚中央，各方位的极密度变得大致与牛脂润滑条件下的极密 度分布相同。铁素体区热轧时，由于轧辊和钢板之间的摩擦力较大，会造成钢板 表面的剪切应变。轧辊和钢板之问的摩擦力大时，这种附加应力就大，在这种剪 切应变条件下将生成 1l o 平行于板面的织构，这种织构的存在将损害钢板的r 值。该应变在带钢厚度方向上是不均匀分布的，因而织构分布是不均匀的，越是 靠近钢板的表面， 1 1 0 平行于板面的织构越多。铁素体区轧制时，这种不均匀 变形导致板厚方向上的织构不一致，影响到最终性能，可使整个钢板的r 值降低 到1 o 以下。所以，要提高热轧板的深冲性能，就