（材料加工工程专业论文）罩式退火工艺对spcc冷轧薄钢板组织及性能的影响.pdf

罩式退火工艺对s p c c 冷轧薄钢板组织及性能的影响 摘要 s p c c 冷轧薄钢板被广泛用于家用电器、汽车、门业等制造业以及用作热镀锌 基板等，在我国所占的冷轧产品比重和市场需求量均较大。但在以c s p 热轧板进行 冷轧产品的生产时，存在屈服强度偏高、延伸率低，冲压性能不好等问题。目前 的研究大多集中在降低c s p 热轧板的屈服强度上；本文针对s p c c 冷轧板进行了模 拟罩式退火，研究了再结晶机制及其在不同退火条件下显微组织和力学性能的变 化情况，研究结果表明： 涟钢c s p 热轧板s p h c 的铁素体晶粒平均尺寸为1 2 9 m ，屈服强度低于 3 0 0 m p a ，适合作为冷轧基料使用；而珠钢z j 3 3 0 b 热轧板的塑性较好，冷轧退火 板的屈服强度偏高，适合以热轧状态供货。以s p h c 为原料生产的s p c c 冷轧板 的加工硬化现象严重，屈服强度甚至高达9 9 0 m p a ，塑性极差。0 5 m m s p c c 的再 结晶温度约为5 6 0 ，再结晶温度范围为5 2 0 6 0 0 ，影响其再结晶温度的主要 因素为冷轧压下率和升温速度。 s p c c 经6 8 0 7 0 0 退火后，晶粒尺寸在3 5 9 m 左右，但晶粒饼形度不够高； 7 5 0 退火后，铁素体晶粒粗大且没有游离渗碳体析出。随着退火温度的升高，强 度和屈强比逐渐下降，而延伸率在6 8 0 和7 0 0 退火后达最大值。当保温时间较 长时，通过单一的延长保温时间来降低屈服强度的效果呈下降趋势。涟钢计划牌 号为c q 级的s p c c 经6 8 0 和7 0 0 退火后i e 值最大，r m 值大于1 5 ，各项性能 均达到了d d q 级深冲用钢的要求。 s p c c 退火板的r e l 、i e 值和r m 值对加热速度比较敏感，而延伸率基本不随 着加热速度发生变化。经速度i 、i i 、i i i 退火后薄板各项性能均达到了d d q 级， 而经速度i v 和v 快速升温退火后晶粒呈细小等轴，n m 和r m 值较低，只能作为 c q 级产品使用。相同条件退火后，压下率为7 5 的薄板晶粒饼形度最大，随着 薄板厚度的增加，强度值、屈强比和加工硬化指数n m 呈现出无规律的变化，而延 伸率则表现出一定的规律性，s p c c 经7 5 的冷轧压下率后退火板具有优良的综 合拉伸性能。另外，采用单、双台阶退火后的组织及拉伸性能的差异较小，可以 取消掉4 0 0 的转折温度和5 5 0 的保温平台。 实验结果还表明，含碳量为o 0 5 的s p c c 退火板中链状分布的游离渗碳体 主要来自于珠光体中片状渗碳体的球化；而铁素体晶内弥散分布的碳化物才是三 次渗碳体；且s p c c 在低于临界温度退火时，渗碳体的析出均未超标，不会对薄 板的冲压性能造成破坏。 关键词：c s p 工艺；s p c c 冷轧板；罩式退火；组织；冲压性能 硕十学位论文 a bs t r a c t t h es p c cc o l d - r o l l e ds t e e ls h e e ti sw i d e l yu s e di nh o u s e h o l da p p l i a n c y 、 a u t o m o b i l e 、d o o rm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y ，a l s oa sah o t d i pg a l v a n i z i n gs u b s t r a t e i n o u rc o u n t r y ，s p c ca c c o u n t sf o ral a r g e rp r o p o r t i o no ft h ec o l d r o l l e dp r o d u c t sa n dt h e m a r k e td e m a n di sl a r g e r h o w e v e r ，w h e nt a k i n gt h ec s ph o t p l a t e sa sr a wm a t e r i a lt o p r o d u c et h ec o l dr o l l i n gp l a t e s ，t h ep r o d u c t sh a v eh i g h e ry i e l ds t r e n g t h ，l o w e r e l o n g a t i o nr a t i oa n dp o o r e rs t a m p i n gp e r f o r m a n c e t h em o s tc u r r e n ts t u d i e sf o c u so n r e d u c i n gt h ey i e l ds t r e n g t ho fc s ph o t r o l l e dp l a t e s t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ee f f e c t s o fd i f f e r e n ta n n e a l i n gp r o c e s so nm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fc o l d - r o l l i n gs h e e t s p c ct h r o u g hs i m u l a t i n ga n n e a l i n gu n d e rl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o w t h a t ： t h ea v e r a g ef e r r i t eg r a i ns i z eo fc s pp l a t e ss p c cp r o d u c e db yl i a n g a n g g r o u p i s12 1 x m ，a n dt h ey i e l ds t r e n g t ho fs p c ci sl e s st h a n3 0 0 m p a ，s oi ti ss u i t a b l ea s t h eb a s em a t e r i a lt op r o d u c ec o l d r o l l e dp l a t e s t h ez j 330 bp r o d u c e db yz h u j i a n g g r o u ph a v et h eb e t t e rp l a s t i c ，h o w e v e r ，a f t e rc o l d - r o l l i n ga n da n n e a l i n gp r o c e s s e s ， t h ep l a t e sy i e l ds t r e n g t hi sh i g h e r ，s ot h ez j 3 3 0 bs t e e li ss u i t a b l et ou s ea sh o t r o l l e d p l a t e s t h es p c cc o l d - r o l l e dp l a t e sh a v es e r i o u sw o r k - h a r d e n i n gs i t u a t i o na n dh i g h e r s t r e n g t h t h er e c r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r e o fs p c ci s5 6 0 c ，a n dt h em a i n i n f l u e n c i n gf a c t o r so fr e c r y s t a u i z a t i o nt e m p e r a t u r ea r ec o l dr o l l i n gr e d u c t i o nr a t ea n d h e a t i n gr a t e a f t e rd o u b l es t e p sa n n e a l i n gf o r5 hb e t w e e n6 8 0 ct o7 0 0 。c ，t h ef e r r i t eg r a i n s i z eo fs p c ci s3 5 9 m ，b u tt h ep i e f o r m i n gd e g r e ei sn o tv e r yh i g h ；a n n e a l i n gw i t h 7 5 0 cf o r5 h ，t h ef e r r i t eg r a i nc o a r s e n sa n dn of r e ec e m e n t i t ep r e c i p i t a t s a l o n gw i t h t h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r e se l e v a t i o n ，t h ei n t e n s i t ya n dt h et e n s i l er a t i od r o p g r a d u a l l y ，b u te l o n g a t i o nr a t i or e a c h e st h em a x i m u mv a l u ea f t e r6 8 0 ca n d7 0 0 c a n n e a l i n g w h e nt h eh o l d i n gt i m ei sl o n g e r ，t h ee f f e c t st h r o u g has i n g l ee x t e n d e d h o l d i n gt i m et or e d u c et h ey i e l ds t r e n g t hi sd e c r e a s i n g t h ep r o p e r t i e sf u l l ym e e tt h e r e q u i r e m e n t so fd e e ps t a m p i n g ( d d q ) s t e e la f t e ra n n e a l i n gw i t h6 8 0 。ca n d7 0 0 。cf o r 5 h t h er e l ，i ea n dr mv a l u e so ft h es p c cp l a t ea r em o r es e n s i t i v et oh e a t i n gr a t e ， b u tt h ec h a n g eo fe l o n g a t i o nr a t i oi ss m a l l e r a n n e a l i n gw i t ht h eh e a t i n gr a t ei va n d v ，t h es p c ch a ss m a l le q u a t e dg r a i n sa n dl o w e rn m 、r mv a l u e ，s oi tc a no n l yb eu s e d a sac ql e v e ls h e e ts t e e l a f t e rt h es a m ea n n e a l i n gc o n d i t i o n s ，t h es p c cs h e e t sw i t h 7 5 r e d u c t i o nr a t eh a v et h em a x i m u mp i e f o r m i n gd e g r e e a tt h i sp o i n t ，t h es h e e t s i i i 罩式退火工艺对s p c c 冷轧薄钢板组织及性能的影响 h a v ee x c e l l e n tt e n s i l ep r o p e r t i e s t h em i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e sd i f f e r e n c ei sv e r y s m a l la f t e rs i n g l ea n dd o u b l es t e p sa n n e a l i n g ，s ot h e4 0 0 ct r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ea n d 5 5 0 。ch e a tp r e s e r v a t i o np l a t f o r mc a nb ec a n c e l e d t h er e s u l t sa l s os h o wt h a tt h ec h a i nd i s t r i b u t i o no fc e m e n t i t em a i n l yi sf r o mt h e b a i l i n gt r a n s i t i o no ff l a k ec e m e n t i t ei np e a r l i t e ；w h e ns p c cs h e e t sa r ea n n e a l e db e l o w t h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r e ，t h ec e m e n t i t e sp r e c i p i t a t i o ni sn o ts e r i o u s ，n o ta f f e c t i n gt h e s t a m p i n gp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：c s pp r o c e s s ；s p c cc o l d r o l l e dp l a t e ；b a t c ha n n e a l i n g ；m i c r o s t r u c t u r e ； s t a m p i n gp e r f o r m a n c e i v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：尹乏。i 习日期：研年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密曰。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名： 导师签名： 日期：7 刃年 日期：加产 f 月日 6 月2 日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 薄板坯连铸连轧技术及其特点 薄板坯连铸连轧是2 0 世纪8 0 年代末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要的革命性技术之 一【。1 9 8 9 年8 月由德国s m s 公司制造的世界上第一台工业化的薄板坯连铸连 轧生产线c s p 在美国纽科公司的格拉福特斯维尔厂投产后，迅速体现出其巨大的 优越性【2 1 。目前世界各国薄板坯9 厚板坯连铸连轧生产线分布见表1 1 【3 1 。 表1 1 全世界已投产薄板坯连铸连轧生产线统计 与传统的热轧板生产工艺相比，薄板坯连铸连轧工艺在技术和经济等方面具 有明显的优势【l 】：( 1 ) 工艺简化、设备减少、生产线短，从而大幅度降低了基本 建设投资，使得吨钢投资下降1 9 3 4 ；( 2 ) 生产周期短。从冶炼钢水至钢卷送 到运输链，仅需约2 h ，从而减少了大量流动资金；( 3 ) 成材率提高约2 3 ， 能耗降低约2 0 ，从而降低了生产成本，使吨材成本降低；( 4 ) 产品的性能更加 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，其原始的 铸态组织晶粒比传统板坯更细、更均匀；( 5 ) 产品的纵、横向精度更高。薄板坯 连铸连轧的均热工艺保证板坯在* l n 过程中温度的均匀和稳定，从而获得更高的 纵、横向的尺寸精度，同时也更便于生产对* l n 温度要求较高的钢种，如硅钢等； ( 6 ) 适于生产薄规格热轧板卷，从而提高产品的附加值，甚至替代部分冷轧产品， 获得更好的经济效益。 罩式退火t 艺对s p c c 冷轧薄钢板组织及性能的影响 1 2 世界薄板坯连铸连轧工艺的主要类型 目前世界上各大连铸设备公司竞相开发薄板坯连铸连轧技术，先后涌现出 c s p 、i s p 、f t s r 、c o n r o l l 、t s p 、c p r 、u t h s 、s m i 等。其中c s p 技术、i s p 技术、f t s r 技术经过实践检验，显示出了较明显的技术优势，成为主流生产线； 而被广泛应用。 1 2 1c s p 工艺技术 c s p ( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n ) 虽 j 紧凑式带钢生产工艺是由西马克( s m s ) 公司 开发的。其第一套工业化生产线在美国纽科投产后，取得满意的生产效果和良好 的经济效益，在世界上居主流地位。第一代c s p 工厂设计年产量为二流1 8 0 万吨； 用于生产普通商业板。经过改进的第二代c s p 厂的产品大纲和产品质量都有了进 一步提高。c s p 技术在世界范围非常成功，包括3 8 台c s p 连铸机在内的2 9 条 c s p 生产线分布在北美、拉美、欧洲、亚洲、非洲等世界各地，年生产能力达3 9 0 0 万吨。其内在技术优势被系统的用来对第二代c s p 技术和其它产品的革新开发 4 - 6 o c s p 生产工艺流程为 7 】：电炉( a d 或d c l 一钢包精炼炉一薄板坯连铸机一均 热保温一热连轧机一层流冷却一地下卷取。c s p 工艺设备结构简单，操作稳定； 产量较高，可生产低碳钢、结构钢、h s l a 、管线管、可热处理钢、弹簧钢、工 具钢、耐磨钢、硅钢( 取向、无取向钢) 、不锈钢等普通连铸机所能浇铸的所有钢 种【4 1 。涟钢c s p 生产线工艺布置如图1 1 。 卜螂7 5 一2 9 姗一b 6 0 0 - 扣一3 枷旷一8 1 9 2 5 1 卜一4 5 9 删卜一 事故剪 c s p 铸机和剪切机均热炉 摆动剪除鳞机 c 印轧机层密黔却卷取机 图1 1 涟源钢铁公司c s p 生产线布置及有关参数1 3 l 1 2 2i s p 工艺技术 i s p ( i n l i n es t r i pp r o d u c t i o n ) 在线热带生产工艺是由德国德马克公司( m d h ) 开 发的，其工艺流程为：钢包车一中间灌一薄片状浸人式水口一结晶器一铸轧区段 一大压下量初轧机一剪切一感应加热炉一克日莫那炉一精轧机架一层流冷却一地 下卷取【7 1 。i s p 工艺生产线布置紧凑，不使用长的均热炉，总长近1 8 0 m ，是目前 硕七学位论文 最短的薄板坯连铸连轧生产线，从钢水变成热轧带卷仅需2 0 3 0r a i n ，可以生产低 碳钢、高碳钢、深冲钢、结构钢、管线钢、不锈钢f 7 ，9 1 。i s p 工艺技术含量高，液 芯压下、大压下轧机、感应加热等都有特色，但设备复杂，对管理及技术水平要 求较高【7 1 。荷兰h o o g o v e n s 钢厂的i s p 生产线，铸坯厚9 0 m m 经液芯压下后7 0 m m ， 成品厚1 0 - 2 5 m m 。其特点是按半无头轧制生产超薄带钢设计，成品厚度最薄约 0 8 r a m 。该机组为单流铸机生产线，生产能力为1 5 0t a ，它代表了i s p 的最新技 术成果【l o j 。 1 2 3f t s r 工艺技术 f t s r ( f l e x i b l et h i ns 1 a br o l l i n g ) 斟i 灵活性薄板坯轧制工艺，是由意大利达涅 利( d a n i e l i ) 公司开发的一种薄板坯连铸连轧工艺。其流程为：炼钢炉一炉外精炼 炉一薄板坯连铸机一旋转式除磷机一隧道式加热炉一二次除磷机一立辊轧机一粗 轧机一保温辊道一三次除磷装置一精轧机一输出辊道和带钢冷却段一地下卷取机 【7 】 o f i s r 采用透镜形结晶器，在铜板结晶器的下口宽面仍具有凸出的形状，一直 延伸到二冷0 段末铸坯才逐步成矩形，铜板结晶器连带0 段一起被称为长漏斗形 结晶器，或称h 2 结晶器。它具有c s p 漏斗形结晶器的优点，但又减少了铸坯的 变形率。采用直结晶器弧形铸机及液芯压下，但它不同于i s p 只在0 段完成液芯 压下，而是应用一套液穴长度控制软件系统，通过所浇钢种、铸坯断面、中包温 度、拉速、结晶器冷却及二冷等参数来测算和控制铸坯液穴长度，并合理分配各 扇形段的压下，使最终的压下点接近液穴的末端，以获得最佳的减少偏析及中心 疏松。f r s t 工艺按不同的要求，铸坯出结晶器厚为5 0 9 0 m m ，经液芯压下后 3 5 7 0 m m ，在采取半无头轧制的情况下最薄的产品可达到0 7 0 8 m m ，单流铸机 生产线生产能力可达1 6 0 万t a ；达涅利f t s r 工艺技术的开发虽比c s p 及i s p 晚， 但它是在前二者的基础上开发和发展了有自己特色的专有技术，其技术颇有后来 居上之势【1 0 】。f t s r 根据不同工艺要求可生产含包晶钢在内的汽车用碳钢、不锈 钢、低合金钢、碳素钢等各种不同钢种的带钢【7 , 1 1 】。 1 3 薄板坯连铸连轧产品规格及质量问题 薄板坯连铸连轧己能生产市场所需的各种规格的热轧板，主要产品为3m m 薄板。由于我国的冷轧板产量低，因此，生产薄规格的热轧薄板带代替市场需求 的冷轧板，开发热轧板酸洗后直接镀锌等产品是一重要工作方向。在品种方面已 经生产了目标系列低碳素结构钢，低合金高强度钢，代表性的品种有q 1 9 5 、q 2 3 5 、 q 3 4 5 、s s 3 3 0 、s s 4 0 0 、s s 4 9 0 、s p h c 、s p h d 等；同时也开发了一系列新的品种， 如管线用钢x 4 2 、x 5 2 和x 6 0 、d q 级深冲钢、集装箱用板和高耐候性钢等。 罩式退火t 艺对s p c c 冷轧薄钢板组织及性能的影响 薄板坯连铸连轧产品常见有如压痕、麻面、裂纹、浪型等表面缺陷和屈强比 偏高的性能缺陷【l2 1 。其中薄规格产品屈强比高是薄板坯连铸连轧的普遍问题，也 是难以解决的问题。生产冷轧板所用原料大部分来源于连铸连轧热板，热板的屈 强比偏高，将直接导致冷轧产品的屈强比也偏高，最终影响到产品成型性能。可 以从下面几个方面来降低c s p 产品的屈强比，提高其冷成型性能。( a ) 尽量降低 钢中的s i 含量，适当增加钢中c a 含量；( b ) 保证足够的出炉温度；( c ) 合理配 置终轧温度和卷取温度，降低产品的屈强比。 1 4 薄板坯连铸连轧技术的发展动态 薄板坯连铸连轧技术在世界范围内仍然处在快速增长的时期，其发展趋势呈 现出下列特点【3 】：( 1 ) 除中国外，已不再追求半无头轧制；( 2 ) 连铸机结晶器一 般考虑采用两种不同厚度窄边，以适应生产不同品种规格带钢的要求；( 3 ) s m s d e m a g 的c s p 和达涅利的f t s r 机型成为主流，其他机型已很少有人问津。 ( 4 ) 生产钢种向多方面发展，并且有专业化倾向。如武钢以无取向硅钢为主，俄 罗斯o m k 以管线钢为主，珠钢以集装箱板为主。( 5 ) 发挥轧机能力，扩大生产 规模。由于每流连铸的钢通量已接近极限，必须冲破二流的限制，发展三流连铸 供一套轧机的连接技术，产能可提高至3 5 0 万t a 以上。美国的s e v e r c o r r 等钢厂 己预留三流连铸的可能性。( 6 ) 发展常规连铸与薄板坯连铸相结合的工艺方案。 韩国东部钢厂在二流薄板坯连铸基础上预留一座步进炉和一台可逆式粗轧机，厚 度2 3 0 m m 的外来板坯首先在粗轧机上轧至7 0 m m 厚，然后经摆动炉并入薄板坯 连铸连轧生产线，达到既充分发挥轧机生产能力又可以生产高表面质量带钢的要 求，以满足用户的不同需要。( 7 ) 将中厚板坯薄板坯技术推广至生产薄而宽的中 板。采用连铸连轧工艺大量生产厚5 2 5 m m ，宽达2 5 0 0 3 2 0 0 m m 的宽薄中板。采 用二流中厚板坯连铸机，生产1 5 0 1 8 0 m m ，宽1 6 0 0 3 2 0 0 m m 的板坯，板坯直接 高温装入两座步进式加热炉，加热至1 1 5 0 1 2 5 0 后送四辊可逆式粗轧机往复轧 制3 5 道，然后送3 架四辊式精轧机连轧至成品厚度，带钢经层流冷却至6 5 0 左右成卷。钢卷冷至常温后经横切机组切成中板发货。这样一条生产线生产能力 可达3 0 0 万t a ，具有生产效率高、节能、产品质量好，投资低等优势。若采用三 流中厚板坯连铸机生产能力可达4 3 0 万t a ；若采用四流中厚板坯连铸机生产能力 可达5 5 0 万t a 。 1 5 冷轧薄钢板的发展 1 5 1 汽车工业的发展 汽车工业是国家经济的支柱产业，汽车工业的发展与原材料的发展有着极为 硕十学位论文 密切的关系。据统计，平均生产一辆汽车的费用中，原材料占一半左右。其中， 钢铁材料约占总材料的7 2 8 8 ，钢铁材料中又以板材最多，而薄板钢约占板材 量的6 5 ，可见薄板钢对汽车的重要性。一辆汽车约使用薄板钢6 0 0 8 0 0 k g ，薄 板钢成形件5 0 0 6 0 0 件【l3 1 。由此可见，汽车工业的发展也就是钢铁工业，特别是 深冲板产业的发展，目前，我国的各大钢铁企业都在努力的发展着自己的深冲板 产业【14 1 。 1 5 2 冷轧薄钢板的发展 冷轧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，从氮氢罩 式退火炉生产到连续退火炉或全氢罩式退火炉生产的发展过程，而且从等厚等强 常规焊接逐步向差厚差强激光拼焊方向发展【1 5 】。从冲压性能看，冷轧板由沸腾钢、 低碳铝镇静钢逐步发展到i f 钢，从普通商用级别( c q ) 逐步发展到冲压级别( d q ) 、 深冲级别( d d q ) 、特深冲级另i ( e d d q ) 和超深冲级别( s e d d q ) 。随冲压级别的 提高，冷轧板的r 值和延伸率都在大幅度提高。 第一代深冲压用钢是用低碳沸腾钢，作为一般拉延用，代表钢号是0 8 f 。该 钢具有较弱 1 1 1 ) 织构，r 值大约为1 0 1 2 。因钢中含氮量较高( 大于8 0 p p m ) ， 故具有明显的应变时效性。 第二代深冲压用钢是铝镇静钢，代表钢号是0 8 a 1 。我们知道，铝镇静钢具有 优良的冲压性能，其特征是沿轧制面形成减薄的并在轧制方向伸长的饼形晶粒。 铝镇静钢之所以形成薄饼形晶粒，是因为在退火时固溶的a l 和n 原子在回复和 再结晶初期，沿 1 1 1 ) 面析出a 1 n 原子团或微小析出相，这些微小的析出相作为 铁素体的再结晶核，最终导致形成 1 1 1 ) 织构，这种发达的取向性导致形成饼形晶 粒。 第三代深冲压用钢是超低碳钢。7 0 年代，在研究开发钢的纯净工艺时，已能 生产出含碳量为3 0 5 0 p p m ，含氮量为3 0 p p m 的超低碳钢，在这类钢中加入少量 强碳化物形成元素t i 、n b 或t i + n b ，使钢中仅有的自由碳和氮原子被充分固定， 成为无间隙原子钢，简称i f ( i n t e r s t i t i a lf r e e ) 钢。i f 钢具有较高的r 值，平均大 于2 ，表1 2 给出了三代深冲压用钢的性能对比。 表1 2 三代冷轧冲压汽车板性能1 6 l 罩式退火工艺对s p c c 冷轧薄钢板组织及性能的影响 1 5 3 冷轧深冲板生产工艺流程 深冲板性能决定于整个生产工艺过程，如冶炼的化学成分、热轧的加热温度 及时间、终轧温度及卷取温度、冷轧压下率、退火温度及时间、平整压下率和检 验方法等等，而这些因素又是彼此互为条件相互影响，错综复杂。目前，我国汽 车板生产一般采用传统的长流程工艺，即高炉一转炉一连铸一热连轧一冷连轧一 涂镀层。 1 5 3 1 冶炼工艺 冶炼是提供汽车板“洁净”钢质的关键工序，目前生产汽车板冶炼工艺普遍采 用( 1 ) 铁水预处理( 2 ) 顶低复合吹转炉( 3 ) 挡渣出钢( 4 ) 真空精炼( 5 ) 保护 浇注( 6 ) 电磁搅拌( 7 ) 防止增碳等技术【 】。为改善钢板综合性能，特别是成形 性能，在冶炼过程中应按要求严格控制成分，尤其是要控制碳含量和钢质的纯净 度。研究表明，随着钢中固溶c 含量增加，使得平行于钢板法向的f 1 1 1 ) 织构密 度下降，特别是当c l 时，板材在宽度方向收缩比厚度方向变薄更容易，传力区不容易拉破； 当r m 0 时，在纵向和横向上产生制耳效应； 当a r c h 5 5 0 。c - - 氐 b h 炉冷 一o o ：h f 时间h ( a ) 双台阶退火 ( b ) 单台阶退火 图2 2 实验室模拟罩式退火工艺曲线图 ( 2 ) 为充分研究退火工艺参数对退火板组织及性能的影响，本实验在各退火温 度下设定了不同的保温时间t = l 、3 、5 、7 、l o h 。 ( 3 ) 对深冲压用冷轧退火薄板而言，退火过程中的升温速度对板料的成形性能 有着极其重要的影响，本实验进一步设定了退火温度为6 8 0 ，保温时间为5 h 条 件下的不同升温速度实验方案，见图2 3 。第一阶段升温速度设定为v l = 1 0 0 、2 0 0 、 3 0 0 、5 0 0 h ；第二阶段升温速度设定为v 2 = 5 0 ，1 0 0 ，1 5 0 ，3 0 0 h 。 t j h 图2 3 不同升温速度下的退火实验工艺曲线 2 3 退火板组织观察及晶粒大小的测定 2 3 1 退火组织观察 取退火板的平面为观察面，试样经粗磨、抛光( 抛光液为c r 2 0 3 ) 、采用3 5 的硝酸酒精溶液腐蚀1 0 s 1 3 s 后在l e i t z m m 6 卧式金相显微镜和j s m 6 4 0 0 f 冷 场发射高分辨扫描电镜( 点分辨率1 0 n m ) 下进行显微组织观察。 硕t 学位论文 2 3 。2 晶粒度计算 试样晶粒度评级参照g b t 6 3 9 4 2 0 0 2 金属平均晶粒度测定方法进行。采 用面积法来测量再结晶晶粒尺寸。 ( 1 ) 晶粒数n 的计算 将已知面积( 通常使用5 0 0 0 m m 2 ) 的圆形测量网格置于晶粒图形上，选用网 格内至多能截获并不超过1 0 0 个晶粒( 建议5 0 个晶粒为最佳) 的放大倍数m ， 然后计算完全落在测量瘸格内的晶粒数n 内和被网格所切割的晶粒数n 交，于是， 该面积范围内的晶粒数计算n 为： ntn + 专一l ( 2 1 ) ( 2 ) 晶粒度级别数g 的计算： g “锄蝴l g ( 掣) 以嫩 ( 2 2 ) 式中m 一所使用的放大倍数；n 一放大m 倍时，使用面积为a 的测量网格内 晶粒计数；a 一所使用的测量网格面积，单位为m m 2 。 2 4 显微硬度的测定 对退火后的试样进行显微硬度测定，硬度计型号为实验室所用的f v 2 7 0 0 自 动显微硬度测定仪( 载荷为2 0 0 n ) 。对每个金相试样的中心部位进行维氏硬度测 定，至少测定3 个位置的硬度值h v i ，h v 2 ，h v 3 ，取平均值作为该试样的显微 硬度h v 。 2 5 退火板常规力学性能检测 力学性能检测按照g b t 2 2 8 2 0 0 2 所规定的方法进行室温单向拉伸实验，取 样方向一般为0 0 、4 5 0 、9 0 0 ，每个方向至少取3 片试样，取样方法如图2 4 所示。 圈2 4 窒溢单向拉伸试样取样示意图 常温单向拉伸实验在w d w e 3 2 0 0 微机控制电子万能实验机上进行。试样采 用g b t 5 0 2 7 1 9 9 9 和g b t 5 0 2 8 1 9 9 9 所规定的非比例带肩定标距试样，l o = 5 0 m m ， 罩式退火丁艺对s p c c 冷轧薄钢板组织及性能的影响 拉伸时，当屈服现象不明显时取r e o 2 作为屈服强度，否则采用下屈服点作为r 。l ； 拉伸速度为2 m m m i n ，试样如图2 5 所示。 图2 5 室温单向拉伸试样尺寸 2 6 退火板成形性能检测 2 6 1 加工硬化指数n 的测量 在单轴拉伸力作用下，真实应力与真实应变数学方程式中的真实应变指数。此 方程可以用公式 o = k n ( 2 3 ) 表示，此方程可以转变成如下的对数方程 l n e = l n k + n l n ( 2 4 ) 在双对数坐标平面上的直线斜率即为应变硬化指数 n = t a n a ( 2 5 ) 试样在均匀塑性变形范围内以规定的恒定速率轴向拉伸变形。用整个均匀塑 性变形范围的应力一应变曲线，或用均匀塑性变形范围的应力一应变曲线的一部 分计算拉伸应变硬化指数n 。当在整个均匀塑性变形范围内测定n 值时，测量应 变的上限应稍小于最大力所对应的应变；其下限应稍大于屈服应变( 不明显屈服材 料) 或屈服点伸长终点时的应变( 明显屈服材料) 。当弹性应变部分小于总应变的 1 0 时，不需将其扣除。 加权平均应变硬化指数n m ，在金属薄板平面上与轧制方向成0 0 、4 5 0 和9 0 0 三个方向测得的应变硬化指数n 值的加权平均值。 n m = ( n o + n 9 0 + 2 n 4 5 ) 4( 2 6 ) 本实验对应变硬化指数n 的测定采用w d w - e 3 2 0 0 微机控制电子万能实验机 自带的软件进行自动测定。 2 6 2 塑性应变比r 的测量 将金属薄板试样沿轴向拉伸到产生均匀塑性变形时，试样标距内宽度方向的 真实应变与厚度方向的真实应变之比。 l = e b l( 2 7 ) 硕一l j 学位论文 式中e b = l n ( b b o ) ，e t = l n ( a j a o ) 。由于测量长度的变化比测量厚度的变化容易， 在单轴拉伸力作用下，将试样拉伸到均匀塑性变形阶段，当达到规定的工程应变 水平时，测量试样标距长度和宽度的变化，并利用塑性变形前后体积不变原理导 出的公式计算塑性应变比r 精确，所以根据塑性应变前后体积不变原理导出下面 的关系式来计算塑性应变比r 。 r = l n ( b o b ) i n ( l b l o b o ) )( 2 8 ) 计算的r 值应标明试样相对于轧制方向的取向及应变水平，若无其他规定， 一般采用1 5 或2 0 的工程应变水平，本实验采用1 5 的工程应变水平。加力至 规定的应变水平，r 值的工程应变水平应大于屈服应变或屈服点伸长终点所对应 的应变，小于最大力所对应的应变。 本实验采用手工测量，以测量原始标距长度和宽度同样的方式和误差测量变 形后的试样标距l 和宽度b ，测量在试验力下进行，但仲裁试验应在卸力情况下 进行。 加权平均塑性应变比r m ，金属薄板平面上与轧制方向成0 0 、4 5 0 和9 0 0 三个方 向测得的塑性应变比r m 值的加权平均值。 r m = ( r o + r 9 0 + 2 r 4 s ) 4( 2 9 ) 塑性应变比平面各向异性度( r ) ，金属薄板平面上与主轧制方向成0 0 和9 0 0 方向的塑性应变比r 值的算术平均值与4 5 0 方向的塑性应变比r 值之差。 a r = ( r o + r 9 0 ) 2 一r 4 5 ( 2 1 0 ) 2 6 3 杯突实验( e r i c h s e n 胀形) 杯突试验( c u p p i n gt e s t i n gm e t h o d ) 即埃利克森试验是由埃利克森( e r i c h s e n ) 于1 9 1 4 年提出来的，目的是为了评估钢板的拉深性能，板材的变形方式主要是胀 形。杯突试验试验方法可根据国家标准g b 4 1 5 6 8 4 金属杯突试验方法进行， 即用一定的规格的钢球或球状冲头，向周边具有1 0 k n 的压边力的试样施加压力， 直到试样产生穿透裂纹为止。此时冲头的压入深度，即为被试样板材的杯突值i e 值( m m ) 。试验模具结构如图2 6 所示。 压摸 试样 冲头 恐援 图2 6 杯突试验模具结构图 罩式退火工艺对s p c c 冷轧薄钢板组织及性能的影响 使用( o 2 6 、0 5 、1 2 ) m m 9 0 m m 9 0 m m 的s p c c 退火试样，压紧在凹模和 压边圈之间，压边力为1 0 k n ，然后用直径为2 0 m m 的球形凸模将板料压入凹模， 速度为5 2 0 m m i n ；直至试样出现裂纹为止。胀形时的成形性能可用试样发生裂 纹时冲头( 凸模) 的压入深度来鉴定。在杯突试验中需人为地观看透光裂缝的出 现来确定i e 值，即i e 值的测定存在人为因素，一定程度上存在人为误差。为正 确评价钢板的成型性能，必须全面考核钢板的各项指标，不能依靠某个指标去评 价钢板的成形性能。 硕十学位论文 第3 章s p c c 冷轧薄板在退火过程中的显微组织变化 3 1 引言 冷轧板带钢多为低碳钢，其最终热处理通常为再结晶退火，在加热、保温过 程中发生回复、再结晶和晶粒长大三个不同的过程。为保证带钢具有良好的冲压 性能，再结晶退火中比较常用的方式为罩式退火。实验证明e 4 5 j ，带钢深冲性能的 好坏与晶粒结构有密切的关系，与带钢板面平行的( 1 1 1 ) 晶面越多，深冲性能就 越好；这种再结晶结构，在一般情况下多以饼形晶粒( 长轴短轴1 5 ) 出现，所以 具有饼形晶粒的带钢，其深冲性能要比具有等轴晶粒的带钢好得多；然而具有深 冲性能的钢板组织并非均为饼形晶粒，如i f 钢即为等轴晶。李惠琴等【4 6 】对s p c c 连续退火样进行织构分析表明表层有较弱的 1 11 ) 组分，中心层没有发现有利织构 1 1 1 ) 。马晓禾等【4 7 】对同一成分不同牌号的s t l 2 进行生产现场实验，全速加热， 6 8 0 退火2 0 h 性能达到标准，退火晶粒为等轴晶。目前以c s p 热轧产品为基板 进行的冷轧及退火工艺方面的研究甚少。实际生产中发现此类冷轧退火产品存在 有延伸率低、屈服强度偏高、加工硬化指数n 值偏低、游离渗碳体析出严重等现 象，导致产品性能不达标。本章正是基于此目的，针对s p c c 冷轧薄板进行了模 拟罩式退火，对其在不同退火工艺条件下的显微组织变化情况进行了有效的研究， 为实际生产提供有用的参考。 3 2 实验结果及分析 3 2 1 热轧板和冷轧板的显微组织 图3 1 所示为涟钢c s p 工艺生产的s p h c 热轧板的金相组织，由大量铁素体 和少量珠光体两相组成。铁素体不是等轴晶，而是呈多边形，铁素体平均晶粒尺 寸约为1 2 9 m ，珠光体总体上呈岛状分布于铁素体晶界，尤其是在三晶界交叉处， 数量较少，是因为s p c c 的碳含量仅为0 0 5 。这些珠光体通常为片状珠光体， 在后续的冷轧、退火过程中将会被破碎进而发生球化。目前涟钢生产的热轧板除 以热轧态出售外，均作为冷轧基板使用。一般来说，为了保证冷轧退火板的力学 性能，对热轧板组织及性能提出了较为严格的要求。因为冷轧退火钢板的铁素体 晶粒大小，除与冷轧和热处理条件有关外，也与热轧钢带的显微组织有关。热轧 钢带的显微组织特征将保留在冷轧钢板中，冷轧不能消除热轧变形时得到的粗大 晶粒、过细晶粒及晶粒不均【4 引。 覃式坦火i 艺对s p c c 持轧薄钒板组织度性艟的影响 围3 2 冷轧板s p c c 沿扳面的盒棺组织 据资料介绍【4 9 】，玲轧过程中铁素体和珠光体都易被拉长成纤维状，而珠光体 中的渗碳体片首先发生破裂。珠光体在冷变形时，铁索体中的位错不易移动，故 使塑变抗力增大。外力增大时，位于铁素体中心的位错源被启动，滑动的位错将 受阻于渗碳体片，塞积的位错将在渗碳体薄片中造成切应力，而使渗碳体片产生 破碎断裂。张熹等 s 0 1 人通过t e m 也观察到珠光体钢变形量较大时渗碳体塑性变 形能力差，而且铁素体和渗碳体界面上堆积大量位错，界面上积累的位错穿过渗 碳体导致渗碳体碎化成很小的颗粒。压下率越大越容易破碎，然后髓基体流动， 同时也改变了原来的分布状态；这些渗碳体在随后的再结晶退火过程中将会部分 溶解，缓慢冷却时又会析出来。 3 2 2 再结晶温度的测定 按图21 所示的工艺曲线进行再结晶温度的测定，试样经抛光后测定其显微 维氏硬度f h v l 值，结果见表3 1 。 硕十学位论文 表3 1o 5 m m s p c c 硬度测定结果 可以看出，s p c c 经冷轧后加工硬化现象严重，h v 值达到了2 7 2 0 1 ， o 5 m m s p c c 的压下率高达7 5 ，冷轧后晶粒被破碎拉长，晶格发生严重畸变， 位错密度增大，使得钢的硬度很高；经4 0 0 保温o 5 h 后仍具有与冷轧态相当的 h v 值。温度在4 0 0 5 2 0 之间时