（材料加工工程专业论文）细晶高强if钢冷轧生产工艺的开发.pdf

辽宁科技大学硕士论文摘要 摘要 由于汽车工业的迅猛发展，汽车板在钢铁产品中所占的比例日益增加，而冷轧 汽车板因其具有优越的深冲成型性能而倍受人们的重视。因此，随着环保、节能 等战略的提出，开发出具有深冲成型性能的高强度冷轧汽车板对汽车工业的发展 意义重大。 本文以细晶高强i f 钢为研究对象，以东北大学重点实验室4 5 0 轧机轧制的 热轧板为原料，采用0 1 6 0 二辊可逆式轧机进行冷轧实验、s x 2 1 0 型箱式电阻炉 模拟罩式退火实验，并进行显微组织观察和力学性能测试。研究结果如下： 1 通过对不同冷轧压下率下组织性能变化规律的研究发现，在8 2 0 c 退火时， 随着变形量的增加，铁素体晶粒细化，抗拉强度和屈服强度升高，延伸率和r 值先 增大后减小；在8 5 0 c 退火时，随着变形量的增加，铁素体晶粒尺寸先增大后减小， 抗拉强度和屈服强度先减小后增大，延伸率和r 值先增大后减小：通过两组退火温 度时不同压下率下组织和性能的对比可知，压下率在7 7 5 。8 0 时r 值出现最大 值。 2 通过对不同退火制度下组织性能变化规律的研究发现，退火温度越高，退 火时间越长，铁素体晶粒越大，抗拉强度和屈服强度减小，延伸率和r 值增大。退 火温度对实验钢的性能影响显著，而充分再结晶以后继续延长保温时间对实验钢 性能的影响并不明显。 3 通过对第二相粒子的形貌观察、成分分析和铁素体晶粒度的测定可知，在 实验钢中存在大量细小弥散的n b c 析出物和少量粗大的n b n c 析出物，铁素体晶 粒度为7 5 - 1 1 级，综合性能优良的实验钢晶粒度为9 5 级左右。 4 本文根据对细晶高强i f 钢的冷轧及退火实验研究，从而制定出适合本文实 验钢种的冷轧工艺为：压下率为8 0 、退火温度为8 2 0 。c 、保温时间为9 0 m i n ，所 对应的抗拉强度达到3 5 9 m p a 、屈强比o 4 8 、延伸率4 6 、加工硬化指数n 为o 2 8 、 塑性应变比r 值为1 4 8 。 关键词：细晶高强i f 钢，再结晶退火，冷轧压下率，二相粒子 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r y , t h ea u t o m o b i l ep l a t ep l a y sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n tr o l eo nt h es t e e lp r o d u c t i o nd a yb yd a y , a n dt h ec o l dr o l l i n ga u t o m o b i l e s h e e th a sa t t r a c t e dag r e a td e a lo fa t t e n t i o nb e c a u s eo fi t sg o o dd e e p d r a w i n g p e r f o r m a n c e i no r d e rt op r o t e c tt h ee n v i r o n m e n ta n ds a v ee n e r g y , t h ed e v e l o p m e n to f t h eh i g h - s t r e n g t hc o l da u t o m o t i b l ep l a t ew i t he x c e l l e n td e e p - d r a w i n gp e r f o r m a n c ei s v e r yi m p o r t a n t t h i sp a p e ri sb a s e do nt h es t u d yo ff r e eg r a i nh i g h - s t r e n g t hi fs t e e l t h el a w m a t e r i a l sw e r et h eh o tr o l l i n gp l a t er o l l e db y0 4 5 0r o i l i n gm i l l so fn o r t h - e a s t e r n u n i v e r s i t y t h ec o l dr o l l i n ge x e r p r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tb yt h e 0 1 6 0r e v e r s i n g t w o - h i g hc o l dr o l l i n gm i l la n dt h ec o l dr o l l i n gp l a t ew e r ea n n e a l e db ys x 2 1 0b o x f u r n a c e ，f i n a l l yt h em i c r o s t r u c t u r ew e r eo b s e r v e da n dt h ep r o p e r t i e sw e r et e s t e d t h e r e s u l t sa r ef o l l o w s ： 1 t h em i c r o s l x u c t u r ea n dp r o p e r t i e su n d e rd i f f e r e n tc o l dr o l l i n gr e d u c t i o nr a t i ow e r e s t u d i e d i ti sf o u n dt h a tw h e nt h es a m p l e sw e r ea n n e a l e da tt h et e m p e r a t u r eo f8 2 0 c ， w i t ht h ei n c r e a s i n go f d e f o r m a t i o n ，f e r r i t eg r a i n sb e c a m ef i n e r , t e n s i l ea n dy i e l ds t r e n g t h i n c r e a s e da n de l o n g a t i o na n drv a l u ei n c r e a s e df i r s t l ya n dt h e nd e c r e a s e d ；w h i l ea tt h e t e m p e r a t u r eo f8 5 0 c ，f e r r i t eg r a i n s ，e l o n g a t i o na n drv a l u ew e r ei n c r e a s e df i r s t l ya n d t h e nd e c r e a s e d ，b u tt e n s i l ea n dy i e l ds t r e n g t hw e r ed e c r e a s e df i r s t l ya n dt h e ni n c r e a s e d t h r o u g ht h ec o n t r a s to fm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e su n d e rd i f f e r e n tr e d u c t i o nr a t i oa t t w oa n n e a l i n gt e m p e r a t u r e s t h et o pv a l u eo f rw a sr e a c h e da tt h er e d u c t i o nf r o m7 7 5 t o8 0 2 t h em i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e sw i t hd i f f e r e n ta n n e a l i n gp r o c e s sw e r es t u d i e d a n di ti sf o u n dt h a tw i t ht h eh i g h e rt h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r ea n dt h el o n g e rt h e a n n e a l i n gt i m e ，f e r r i t eg r a i n sb e c a m eb i g g e ra n dt e n s i l ea n dy i e l ds t r e n g t hi sh a r d l y c h a n g ，e l o n g a t i o na n drv a l u ea r ei n c r e a s e d 。p r o p e r t i e so fe x p e r i m e n t a ls t e e lw e r e e f f e e t e dl a r g e l yb ya n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ，b u tt h es o a k i n gt i m ei sh a r d l ye f f e c t e di ta f t e r c o m p l e t er e c y s t a l l i z a t i o n 3 b yt h ew a yo fo b s e r v a t i o nt h em o r p h o l o g yo fs e c o n dp h a s ep a r t i c l e ，a n a l y s i st h e c o m p o s i t i o na n dm e a s u r e m e n to ft h ef e r r i t eg r a i ns i z e ，i ti sf o u n dt h a tt h e r ei sa f e wo f s m a l la n dd i s p e r s en b c p r e c i p i t a t e sa n d al i t t l el a r g en b n c p r e c i p i t a t e si nt h es t e e l ，t h e i i f e r r i t eg r a i ns i z eg r a d ei sa b o u t7 5 n ll ，t h eg r a i ns i z eg r a d eo fe x c e l l e n tp e r f o r m a n c e s t e e li sa b o u t9 5 4 a c c o r d i n gt ot h es t u d yo nf i n eg r i n1 1 i 曲- s t r e n g t hi fs t e e l sc o l d r o l l i n ga n d a n n e a l i n ge x p e r i m e n t s ，t h ec o l dr o l l i n gp r o c e s si nt h i sp a p e r & r ef o l l o w s ：r e d u c t i o ni s 8 0 ，t h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r ei s8 2 0 ca n dt h eh o l d i n gt i m ei s9 0 m i n t h et e n s i o n s t r e n g t ho ft h es t e e lr e a c h e s3 5 9 m p 如t h ey i e l da n dt e n s i l es t r e n g t hr a t i oi s 0 4 8 l e e l o n g a t i o nr a t i oi s4 6 ，t h ew o r kh a r d e n i n gi n d e xn i s0 2 8a n dp l a s t i cs t r a i nr a t i o r = 1 4 8 k e y w o r d s ：f i n eg r a i nh i g h - s t r e n g t hi fs t e e l ，r e e r y s t a l l i z a t i o na n n e a l i n g ， c o l dr o l l i n gr e d a c t i o nr a t i o ，s e c o n dp h a s ep a r t i c l e i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。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过的研究成果， 也不包含为获得辽宁科技大学或其它教育机构的学位或证书而使 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 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 妇! 辱如：日期：翘：辱：j 关于论文使用授权的说明 本人完全了解辽宁科技大学有关保留、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守此规定) 签名：纠寺住 导师签名：莎p 询 日期：知孵刃匹、 辽宁科技大学硕士论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 冷轧汽车板的发展历史和发展趋势 1 1 1 冷轧汽车板的发展历史 冷轧汽车板的发展经历了一个从低深冲到高深冲、从低强度到高强度的发展 过程。 1 深冲钢板的发展 2 0 世纪5 0 6 0 年代，普通沸腾钢作为第一代冲压用钢板被广泛应用于汽车 领域。普通沸腾钢具有较弱的 1 1 1 ) 织构，所以其r 值不高( r = 1 0 1 2 ) 。沸腾钢 中固溶氮含量较高，具有明显的应变时效性，同时具有烤漆硬化能力。因此， 它与各向同性无取向正火钢相比无疑是一个进步。但由于r 值不高，也只能用 于普通冲压件的生产。 2 0 世纪6 0 - 8 0 年代，铝镇静钢作为第二代冲压用钢被广泛应用于汽车领域。 该钢种在冲压性能上的进步就在于，通过摸索a 1 n 的固溶和析出，可以得到好 的 1 1 1 织构，从而使冲压用钢获得良好的冲压性能。铝镇静钢r 系数为1 4 1 8 。 铝镇静钢氮被固溶成a 1 n ，在罩式退火中，绝大部分碳析出成f e 3 c ，所以经平 整后，其性能稳定，可以用于制造深冲压级别的钢板，在大工业生产中使用的 各类系列的冲压板都是以铝镇静钢为基础发展衍生而来的【l 】。 2 0 世纪8 0 年代，特别是1 9 8 8 年以来，冶金生产技术的进步，如真空脱气、 炉外精炼、底吹转炉、连铸连轧、控轧控冷、连续退火、表面镀层等为2 0 世纪8 0 年代冲压钢板的变革奠定了发展的基石，使以i f 钢级别系列为代表的钢转化为第 三代冲压钢板，并以其 1 1 l 织构和纯净的钢质使i f 钢具有极强冲压性能。自i f 钢 投放市场以来，美国、日本等国家的几大钢铁公司竞相研究，开发出特点各异的 i f 钢。i f 钢的共同特点是采用超低碳钢，根据钢中的含c 量与含n 量，加入适量 的t i 和n b ，使钢中c 、n 原子被固定成碳、氮化合物，大大改善了铁素体组织， 形成“无间隙原子”的洁净铁素体。这种钢具有良好的成形性，塑性应变比r 己高 达3 0 ，具有无时效性，消除了不连续屈服现象。但这种钢晶界贫化，易产生晶间 断裂，为此一般要适量加入b 。采用i f 钢生产深冲热镀锌汽车板，省去了钢卷镀 锌后再到罩式炉低温回火的工序，简化了生产工艺。采用i f 钢在连续退火机组上 生产b h 钢，性能也更有保证。我国研制i f 钢始于1 9 8 9 年，北京科技大学与宝钢 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 合作，在没有引进外国专利的情况下，用不到二年的时间基本完成了i f 钢的开发， 填补了国内空白【2 】。目前，从国外情况来看，日、美、德、法、瑞、俄等国均在生 产钢，国内的宝钢、武钢、鞍钢等厂也在研究生产【3 】。 2 高强度钢板的发展 传统的的钢种主要包括：低碳钢、无间隙原子钢、各向同性钢、烘烤硬化 钢、碳锰钢、低合金高强度钢【4 】。 从2 0 世纪7 0 年代开始，经过二次石油危机后，日本神户制钢公司开始致力于 开展汽车用高强度钢板生产技术的研究，开发了9 8 呱佃a 级复合组织冷轧钢板【5 1 ， 并开始应用于汽车领域。从此，各国就开始致力于高强度汽车用钢板的开发。 1 9 6 7 年，z a c k e y 等首次发表了利用相变诱发塑性效应以改善奥氏体不锈钢塑 性的研究成果 7 1 。随后的几年中，陆续出现的一些实验研究报道【8 d 3 1 ，主要涉及有 关相变诱发塑性效应的形成机制探讨、相变诱发塑性效应对应力应变曲线的影响 规律等。然而，当时所研制的t r i p 钢中，需加入较多的n i 、c r 等稀有和贵重的合 金元素且生产工艺复杂，成本昂贵，因而未能受到工业界的重视。1 9 7 5 年，在双 相钢研究中，h a y a m i 等也发现了具有t r i p 效应的残余奥氏体【1 4 】。几年后，具有高 强度和较大均匀伸长率的双相钢开始在汽车工业中得到应用，并显示出良好的应 用前景。但是，双相钢的应用仍然存在强度高而塑性差的矛盾。为解决这一问题， 具有t r i p 效应的双相钢开发重新引起了重视。2 0 世纪8 0 年代末，采用双相区l 临界 退火和贝氏体转变区保温的热处理工艺，可生产具有铁素体、贝氏体和残余奥氏 体三相组织的t r i p 钢【l5 1 。冶金工业生产技术的发展如控轧控冷、连续退火等技术 为高效率、大批量生产t r i p 钢创造了条件。进入2 0 世纪9 0 年代，汽车工业对高强 度、高塑性和高成形性的钢板的需求进一步增加，日本，德国等国家先后采用热 连轧生产线或冷轧、连续退火生产线生产出t r 口商品钢板”】。迸一步开发出不 同品种、规格和性能的t r i p 钢。其性能指标为：屈服强度3 4 0 - - 8 6 0 m p a ，抗拉强度 6 1 0 , - , 1 0 8 0 m p a ，伸长率3 7 2 2 。 1 9 6 8 年，双相钢的第一个专利在美国提出。但直到1 9 7 5 年，r a y i m i 和f u r u k a w 对这类钢的显微组织、化学成分、机械性能和成形性作了完整的描述之后，双相 钢的巨大潜力才被人们所认测。此后，双相钢便迅速发展并在汽车工业上得到应 用。由铁素体( 8 0 9 0 ) 和马氏体( 1 0 一2 0 ) 所组成的钢。具有屈服强度低、 初始加工硬化速率高、在加工硬化和屈服强度上表现出高应变速率敏感性以及强 度和延展性配合好等特点，是一种强度高、成形性好的新型冲压用钢。双相钢的 研究与应用是低碳合金钢领域的重大发展之一。双相钢因其具有良好的强塑性匹 2 辽宁科技大学硕士论文 第1 章绪论 配及冷变形性能而用于汽车冲压件。经过二十多年的发展，双相钢已开发出s i m n 系、m n - m o 系、m n - s i - c r - m o 系、s i m n - c r - v 系等一系列产品。其抗拉强度为 5 9 m 母8 0 m p a 。 从1 9 7 5 年至u 2 0 0 0 年，经过2 0 多年的发展，高强度汽车板大都已形成系列化产 品，主要有烘烤硬化b h 钢、双相d p 钢、含磷r p 钢、微合金m a 钢、高强度无间隙 原子i f 钢以及相变诱导塑性t r i p 钢1 1 扪。高强度钢板的开发进程如图1 1 所示【1 9 1 。 1 9 7 5 1 9 8 01 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0 年份 图1 i 汽车用高强度钢板的开发进程 f i g 1 it h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so f a u t o m o b i l eh i g h - s t r e n g t hs t e e lp l a t e 到2 1 世纪初，由于对环保、资源和能源的重视，要求汽车向轻量化方向发展。 由此对汽车用钢板提出了更高的要求。在汽车行业，钢材料所面临的挑战日益显 现，有些金属被认为在汽车行业是有应用前景的，钢产品保持现有的销售份额取 决于其证明自己具备比那些有竞争力的材料更有优越性的性能。衡量汽车板的成 型指标主要是塑性应变比( r ) 、延伸率( a ) 和硬化指数( n ) 。由此，获得长足发 展的c 、n 含量极低而用t i 、n b 进行微合金化的高强度i f 钢，由于钢质洁净，晶 粒细化，具有较高的r 、a 和n 值，已成为现代轻型汽车车身用钢的主要材料3 1 。 1 1 2 冷轧汽车板的发展趋势 随着人们对环保、节能、安全和特殊性能等要求的提出，冷轧汽车板主要向 以下四个方向发展【2 0 】： 1 冷轧汽车板向超深冲方向发展 汽车板是薄钢板中的一个主要品种，而车身覆盖件是属于复杂空间曲面的 大型零件，因此，深冲性能的好坏直接影响汽车板的成品质量。为了开发出具 有优良深冲性能的钢板，汽车板先后经历了沸腾钢、铝镇静钢、无间隙原子钢 ( i f 钢) 三代产品的更新换代。迄今，r 值高达3 0 ，具有优良深冲成形性能的i f 窿越篾怄 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 钢被广泛应用于汽车领域。 无间隙原子钢( i f 钢) 是深冲性最好的冲压用钢，也是今后深冲钢发展的方向。 目前主要用于汽车超深冲级( e d d q ) 和特超深冲级( s e d d q ) 冲压件( 轿车覆 盖件) 的生产。在国外，尤其日本、韩国已大量使用钢替代低碳铝镇静钢用于 汽车制造业。从1 9 8 6 年到1 9 9 0 年，全世界i f 钢的产量增长5 倍，达到7 0 0 万t ， 其中日本和德国发展最快，日本从1 9 8 6 年到1 9 8 9 年产量增长了1 1 倍。1 9 9 7 年仅 日本i f 钢的年产量就超过1 0 0 0 万t 。我国研制i f 钢始于1 9 8 9 年，1 9 9 5 年宝钢 钢产量为6 万多吨，2 0 0 2 年宝钢的i f 钢冶炼量超过1 0 0 万t ，实现了规模突破。 以i f 钢为基础发展起来的深冲热镀锌i f 钢板、深冲高强度烘烤硬化板等系列，已 形成了第三代汽车冲压钢板。球钢的生产已经成为一个国家汽车钢板的标志，降 低生产成本并进一步提高产品等级是目前i f 钢生产和研究方向。 2 冷轧汽车板向超高强度方向发展 为了满足汽车“减重节能”的需要，汽车零部件越来越多地使用高强度钢板制 造。冷轧汽车板的应用比例在日益增加，强度级别也在逐渐提高。日本、美国、 欧洲各汽车制造厂所使用的高强度钢板的等级不尽相同，但总的趋势是汽车用钢 板，尤其是汽车加强件用板的强度等级在进一步提高。美国和欧洲高强度钢板的 使用量在增加，强度等级使用到4 4 0 m p a 等级，更高等级正在开发中。日本高强度 钢板使用量增加最快，1 9 9 9 年在轿车上使用高强度钢板的比率已达到3 0 - - 4 0 ， 在卡车上使用的比率为5 一l o 。强度等级也最高，用作汽车门的加强板和保险杠 甚至使用9 8 0 m p a 级以上的超高强度钢板，个别厂家己能生产1 4 7 0 m p a 级超高强 钢板。超高强钢板的厚度较厚、宽度较窄，在汽车上用量较少，但有一定的发展前 景，反映了一个国家的钢铁生产技术水平。随着对高强度与成形性的矛盾、带厚 减薄与抗腐蚀性的矛盾、焊接性能以及擦伤、磨损、碎裂、疲劳等各方面的问题 的逐步解决，冷轧高强度钢板的应用将越来越广泛。 3 冷轧汽车板向涂镀层方向发展 随着对汽车寿命和耐蚀性要求的不断提高，镀层钢板在汽车中的使用比例逐 年增多。热镀锌较电镀锌钢板增长更快，原因是热镀锌钢板的成本较电镀锌低， 而且近年来由于带钢热镀锌技术不断取得实质进展，热镀锌带钢的表面质量不断 提高，已逐步接近电镀锌产品表面质量并部分替代电镀锌产品用于汽车外覆件， 在汽车板方面，热镀锌取代电镀锌的趋势日益明显。随着我国汽车工业的发展， 尤其是汽车档次的提高及镀层板性能的改善，镀层板用量会迅速增加，表面处理 钢板会大力发展，而高强度钢表面处理钢板，集高强度和优良耐蚀性等优点于一 4 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 身，必然成为汽车用钢板发展的重中之重。 4 冷轧汽车板向特殊板方向发展 减振钢板由美国发明于2 0 世纪7 0 、8 0 年代开始进入实用化研究，近年来日 本在减振钢板的研究和生产方面已经规范化。我国在减振钢板的研制开发及应用 方面，近几年也得到迅速发展，目前宝钢自己开发设计的减振钢板生产线已达到 规模生产，并且其产品己成功地应用于汽车领域。 汽车工业对钢板表面质量要求日益增高，目前在轿车生产中，所使用的表面 无缺陷0 5 级板用量占到了其冷板使用总量的3 0 以上。如何改进生产技术装备和 工艺，以满足生产高表面质量冷轧板的要求是冷轧板生产企业今后生产研究的一 个重要课题。 1 2 冷轧汽车板的性能要求 通常冷轧汽车板的性能要求如下【1 】： ( 1 ) 优良的成形性能，可以承受各种复杂变形不破坏。 ( 2 ) 良好的抗凹陷性和足够的刚度和强度，以防使用中的局部变形和事故中 最大限度地吸收能量保证人身安全。 ( 3 ) 良好的防腐性。 ( 4 ) 良好的连接性能，特别是焊接性能，以便于在自动线上生产。 ( 5 ) 良好的喷涂性能和对油漆、涂层的附着性能，以保证表面光洁、美观、 耐用。 ( 6 ) 良好的表面形貌和严格的尺寸精度。 ( 7 ) 部分零件用钢应有吸声减振效果。 由于冷轧汽车板的这些特殊质量要求，其生产工艺复杂、难度大，因此汽车 板的生产厂家在实际生产中均采用了一贯制原则，即对冶炼、连铸、热轧、冷轧、 退火及涂镀等涉及的各道工序进行统一的生产计划和管理。 1 3 超深冲钢板的冷轧及退火工艺控制 1 3 1 冷轧工艺对钢板组织和性能的影响 1 冷轧压下率对组织的影响的规律 在冷轧塑性变形过程中，对冷轧冲压钢板晶粒度、r 值有影响的工艺因素有总 压下率、压下分配、润滑和张力等，其中总压下率是最主要的影响因素。曾有学 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 者对冷轧压下率与钢板晶粒度的关系进行了一些研究，结果表明，在其他条件相 同的情况下，金属晶粒大小与变形程度之间的关系见图1 2 1 2 1 1 。齐建群等学者也对 s p c c 钢板研究也表明，随着冷轧压下率的增加晶粒逐渐变细交均匀，但当压下率 过大( 8 0 左右) 时，晶粒过于杂乱，大小不均，对深冲加工和性能都不利 2 2 1 。 受形程腰 图1 2 变形程度对再结晶晶粒大小的影响 f i g 1 2t h ee f f e c to f d e f o r m a t i o nd e g r e e0 1 1r e e r y s t a lg r a i ns i z e 2 冷轧压下量对钢板性能的影响 在2 0 世纪9 0 年代之前，研究者一致公认，对i f 钢r 值随冷轧压下率的增加 而单调增加，直至压下率高达9 0 。并且s e n u m a 、h a g a 等学者也都给出了证明 矧。但是近些年来的不少研究表明，钢的r 值随着冷轧压下量的增加并非是单调 增加，蒋奇武等学者的研究也说明了此关系【2 5 】，他将i f 钢( c0 0 0 9 、s i0 0 4 、m n o 1 5 、po 0 2 8 、s0 0 0 9 、a 10 0 6 、t i0 0 6 2 、n0 0 0 4 ) 的压下率定为四组：5 0 、 7 0 、8 0 、9 0 ，结果表明随着压下率的增加，冷轧y 纤维织构含量在8 0 时达 到最大。 为了进一步提高板材的r 值，北京科技大学在实验室中采用了新的工艺：热轧 一织构控制冷轧一退火，这就是取得发明专利的c w 法。此种方法与传统工艺生 产出的产品性能比较如表1 1 。对于钢种a ，通过c w 法得到的钢板，其r 值达到 了3 2 5 ，这是迄今所发表具有最高r 值钢板的文献。对于钢种b ，通过c - w 法达 到了成型性( f 2 6 7 ) 与强度( r 。= 3 4 5 m p a ) 的极好结合。 表1 1 实验钢化学成分与力学性能比较 t a b l e1 1t h ec o m p o s i t i o no f e x p e r i m e n ts t e e la n dc o m p a r i s o no f m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 6 两次冷轧工艺也是在对成形性能要求日益提高的基础上发展起来的。近几年 有不少学者对此进行研究 2 6 7 1 。李晋霞利用n b + t i i f 钢进行的两次冷轧研究：结 果是尽管以相同的总变形率进行冷轧，在相同的退火工艺制度下，一次冷轧工艺 与两次冷轧工艺都表现出不同的性能指标。图1 3 为冷轧总变形率取7 5 或8 0 ， 采用一次冷轧工艺和两次冷轧工艺时材料的r 值的对比情况。结果表明，无论采用 哪一种冷轧总变形率，都是两次冷轧工艺的r 值大于一次冷轧工艺的，r 值超出的 幅度分别为1 3 和3 5 。就一次冷轧工艺而言，加大冷轧总变形率，材料的r 值 不但没提高，反而有所下降；而两次冷轧的情况则不同，加大冷轧总变形率时， 材料的r 值明显提高。但是影响两次冷轧钢板r 值的工艺除总压下率外，两次压下 率分配多少的影响也非常重要，在这里就不做过多的描述。 图i 3 冷变形次数对材料r 值的影响 f i g 1 3 t h ee f f e c to f c o l dd e f o r m a t i o n t i m e so l l t h er v a l u e 1 3 2 退火工艺对钢板组织与性能的影响 带钢在冷轧过程中会发生加工硬化，为了消除冷变形过程中所产生的加工硬化 现象必须对钢板进行处理，而退火过程中冷轧板要发生再结晶，形成再结晶织构， 辽宁科技大学硕士论文 第1 章绪论 从而消除冷变形造成的晶体缺陷。所以退火条件直接决定着钢板的最终组织和织 构从而决定了钢板的最终性能。退火的方式主要有两种：罩式退火和连续退火。 本章主要针对退火过程中工艺对组织和性能的影响进行论述。 1 冷轧板的退火再结晶规律 经过冷轧加工后的钢板，由于其晶粒被破碎拉长，晶格发生严重畸变，使得钢 的硬度增加塑韧性降低，即产生加工硬化现象。通过将其加热到再结晶温度以上， 奥氏体转化温度以下，并保温一定时间，使结晶上不稳定的原子由于热运动重新 排列，经过形核、长大这一过程，形成新的等轴晶，即产生再结晶现象。从而使 钢的强硬度降低，塑韧性增加，使带钢获得良好的工艺及使用性能。再结晶的发 生需要一定的时间和温度，但随着温度的升高和时间的过分延长，已形成的等轴 晶粒其晶界之间会发生融合，新的等轴晶粒继续长大，这一过程将使钢的各项性 能再次下降。因此，研究冷轧薄板的再结晶规律有着很重要的意义：既要使经冷 轧后的钢板发生再结晶，同时又要防止其晶粒过分长大( 见图1 4 t 2 8 】) 。 s 锹 繇 囊 图1 4 加工硬化金属材料在加热时组织和性能的变化 f i g 1 4t h ec h a n g eo f m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t yo f w o r k - h a r d e n i n g m e t a l l i cm a t e r i a li nh e a t i n g 通常，冷轧钢板的再结晶规律都是根据硬度值随加热温度和保温时间的变化曲 线来分析的。无论是罩式退火还是连续退火其分析方法基本相同。因此，我们只 列举连续退火i f 钢再结晶规律的分析方法，而罩式退火就可以此类推。 冷轧薄板在退火过程中主要经历回复、再结晶和晶粒长大三个过程，均影响着 成品板的性能。图1 5 为i f 钢( c0 0 0 4 6 ，t i0 0 7 4 ，n b s m s 1 1 2 ) s “o o ( s 是 平行轧面晶粒的相对畸变大小) ，相对畸变大，冷轧变形时织构增量大，反之则增 量减少，这一点从表1 3 冷轧前后织构的变化情况可以看出；在退火阶段，随机取 向中的析出相将促进该晶粒再结晶形核，而冷轧织构中的析出相将阻碍该晶粒的 再结晶形核， 1 1 1 面晶粒内形核相对困难， 1 1 2 和 1 1 0 面晶粒内形核相对容易。 表1 3 冷轧后织构增量 t l b l e1 3t h et e x t u r ei n c r e m e n t sa f t e rc o l dr o l l e d 又由钉扎力公式可知细小弥散的析出物钉扎力大，在退火时可钉扎位错和可 能的形核点，降低形核率、限s o d , 角度晶界的形成和再结晶晶粒长大，不利于织 构的形成，粗大稀疏的析出物钉扎力小，同时大的析出物也可作为形核的质点， 可显著提高形核率，有利于再结晶。 1 3 4 冷轧板的再结晶织构 1 板材的r 值与再结晶织构的关系 塑性应变比f 值是衡量i f 钢深冲性能的重要技术指标。而i f 钢的r 值及其 起伏的大小受诸如杂质元素含量、加工工艺、退火方式、晶粒尺寸等很多因素影 响，但最主要的影响因素是钢板的织构1 4 1 4 2 1 。一般认为，i f 钢中的 1 1 1 ) 面织构可 以显著提高r 值，而 0 1 1 面织构则降低r 值。因为 1 1 1 晶面是主滑移面， 方向是主滑移方向，由此构成的滑移系平行于板面，则板材成形时抵抗厚度减薄 能力强，所以拉伸性能好。图1 6 清楚地表示了不同晶体取向与板面的关系【4 ”。 1 2 辽宁科技大学硕士论文第l 章绪论 ( 0 0 1 ) f r o ( 0 0 1 ) 【0 _ o 】( 0 0 1 ) i t 叫f r d 卜1 ( 1 1 图1 6 热轧t i - i f 钢带的织构图示 f i g 1 6t h et e x t u r eo f h o t - r o l l e dt i i fs t e e l 2 i f 钢再结晶织构形成机理 变形后的金属在加热过程中会发生再结晶。根据加热工艺的不同可以发生回 复、再结晶、晶粒长大等现象。再结晶是一个生核和核长大的过程，而核在什么 地方形成以及哪些核能长大，很大程度上要受到变形晶粒取向的影响，进而形成 再结晶织构。长期以来人们在研究中提出了各种各样的理论，但总的来说其中最 有影响，也为很多人接受的两中理论是：“定向形核理论”和“选择生长理论”】。 “定向形核理论”由b u r g e r s 首先提出。这种理论认为：一次再结晶的核心具有 在晶体学上与变形织构密切相关的特殊位向，这些定向晶核靠消耗形变基体长大 而产生再结晶织构。“选择生长理论”是由b a r r e n t 首先提出的，这种理论认为：在 大变形金属中存在很多具有不同位向的晶核，只有那些相对应于形变织构有利取 向的晶核才能长大而形成再结晶织构。此外，还有人认为“定向形核”和“选择生长” 同时起作用，从而出现了所谓的“定向成核选择长大理论”。并且这两种理论已被 很多学者所证型4 5 4 6 1 。 3 i f 钢再结晶织构的影响因素 从工艺上来讲i f 钢再结晶织构受热轧工艺条件、冷轧压下率、退火条件等因 素影响：热轧织构较散漫，主要织构类型是 0 0 1 。影响热轧织构的因素较 多，首先，轧制变形使晶粒沿某些方向滑移和转动形成形变织构：其次，熟轧时 发生动态再结晶以及t a 固态相变，使晶粒取向进一步变化，因此热轧织构比较紊 乱复杂；冷轧织构形成强的甜( 1 1 0 r d 织构和弱的y ( 1 1 1 ) n d 织构，影 辽宁科技大学硕士论文 第1 章绪论 响形变织构的主要因素是冷轧压下量，冷变形时晶粒沿着某些特定的滑移系滑移 并转动，不断在取向空间的稳定取向上聚积。对于体心立方金属，轧制后散漫的 1 1 0 织构逐渐向 1 1 1 ) ， 1 1 2 和 1 1 0 转动，故形成稳定的取向a 纤维织构和y 纤 维织构【4 7 】。 关于退火条件对织构的影响，由于本文模拟的是罩式炉退火，因此只介绍罩 式退火条件对i f 钢织构的影响。 石京曾对罩式退火工艺条件对i f 钢织构的影响进行了研究【4 s 1 ，从退火温度 6 5 0 1 2 和7 1 0 的t i i f 钢( o 0 0 3 5 c ，0 0 7 6 t i ) 试样进行o d f 织构分析( 见图 1 7 ) 0 ( o ) g 线 沙，( 。) 7 线 图1 7 退火温度为6 5 0 c 和7 1 0 c 的t i i f 钢织构比较 f i g 1 7t h ec o m p a r i s o no f t i - i fs t e e lt e x t u r ew h e na n n e a l i n g t e m p e r a t u r ei s6 5 0 ca n d7 1 0 c 秽，( 。) a 线 图1 8t i i f 钢随保温时间a 线和y 线取向密度的变化( 6 5 0 c 退火) f i g 1 8t h ec h a n g i n go f aa n dt o r i e n t a t i o nd e n s i t yw i t hh o l d i n g - t i m ei nt i i f s t e e l ( a n n e a l i n ga l6 5 0o c ) 可见，两种温度下的织构强度，组分差别不大，这说明了在保温4 h ，钢板已完全 1 4 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 再结晶条件下，退火温度对面巧钢的织构影响不大，其性能的主要差别来自再结 晶晶粒的形状和晶粒度。在低温罩式退火条件下，保温时间对再结晶织构的影响 是明显的( 见图1 8 ) ，这说明在低温罩式退火条件下，保温时间长短决定了钢 的性能，较长的保温时间对钢性能的提高极为有利。若在较高温度下退火 ( 7 1 0 c ) ，则退火时间对t i i f 钢织构的影响不明显( 见图1 9 ) 。 0 ，( o ) a 线 ( 。) ，线 图1 9t i - i f 钢随保温时间a 线和y 线取向密度的变化( 7 1 0 c j 屋火) f i g 1 9t h ec h a a g i n go f c ta n dyo r i e n t a t i o nd e n s i t yw i t hh o l d i n g - t i m ei nt m f s t e e l ( a n n e a l i n g a t7 1 0 c ) 1 4 细晶高强职钢简介 1 4 1 细晶高强i f 钢基本机理 以前，i f 钢高强度化的思路是大量添加s i 、m n 、p 等强化元素进行固溶强化。 这些强化元素，尤其是s i ，会恶化镀层的表面质量和深冲性，因此用这种方法商 强度化的i f 钢板实际上无法用于形状要求复杂的汽车外板。为此，不再添加强化 元素s i ，而是通过微细的n b ( c 、n ) 析出物沉淀强化及细化铁素体晶粒来实现 高强度化。同时，依靠细化热轧钢板的晶粒，来改善冷轧再结晶织构，促进对深 冲性有益的 1 1 1 织构的发展，从而在获得高强度化的同时改善深冲成形性，这就 是本开发的基本思路【4 9 】。 1 4 2 细晶高强i f 钢的基本特点 与常规i f 钢相比，细晶高强i f 钢的特点主要表现在以下几个方面。 ( 1 ) 加b 元素可提高抗二次加工脆性； ( 2 ) 晶粒度细； ( 3 ) 强度高( 约3 0 m p a ) ； ( 4 ) 屈强比低( 约1 0 ) ； 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 ( 5 ) 具有很好的深冲性能( r 值在2 o 以上) ； ( 6 ) 由于s i 量减少，提高了表面质量； ( 7 ) 强化方式以细晶强化和沉淀强化为主。 与传统的镀锌钢板相比，细晶高强i f 钢板的性能见图1 1 0 。 y s ( 砷西 噬 图1 1 0 传统的镀锌钢板与细晶高强i f 钢板性能的比较 f i g i 1 0t h ep r o p e r t yc o m p a r i s o no f t r a d i t i o n a lg a l v a n i z e ds t e e ls h e e ta n d f i n eg r a i nh i g h s t r e n g t hi fs t e e ls t e e l 1 4 3 细晶高强i f 钢的组织结构 细晶高强i f 钢的显微组织特征是细晶组织、存在n b 系析出物。图1 1 1 为细 晶高强m 钢( c 0 0 0 5 2 、s i 0 0 1 、m n - 0 6 2 、n b 0 0 6 8 ) 加热速度为2 s 和1 5 c s 的退火式样的t e m 复型照片。可以观察到大量1 0 - 4 0 n m 的细小析出物 n b ( c 、n ) ，而且晶界附近析出物非常稀少，称之为p f z ( 晶界无析出物区) ，且 仅存在于晶界的一侧。 1 6 辽宁科技大学硕士论文第1 章绪论 图l ，11 加热速度为2 c sc a ) 和l s - c s ( t 0 伪退火式样的t e m 照片 f i g 1 1 1t h e l e mp i c t u r e s o f a n n e a l e ds a m p l e s w i t