（冶金物理化学专业论文）csp冷轧板组织、性能与生产工艺研究.pdf

摘要 摘要 随着热s l c s p 3 ：艺技术的迅猛发展，c s p 提供冷轧基料生产冷轧板已成为 板带钢生产技术的重要发展方向。本文结合包钢c s p 热轧产品转化为高附加值冷 轧产品的实际需要，采用金相、扫描电子显微镜、x r d 等现代分析手段，针对 包钢c s p 冷轧板生产过程中冶炼、连铸、热轧、冷轧、退火和平整工序进行系 统分析研究，提出c s p 冷轧板生产过程中的组织、织构演变规律。并依据这一 研究成果，优化了c s p 基料生产高附加值冷轧板的工艺技术。为包钢c s p 基料 生产高级别深冲冷轧钢板研究与开发奠定了基础，为包钢实现c s p 热轧产品的高 附加值转化做出了贡献。 c s p 冷轧板生产过程中钢板组织演变规律研究结果表明：粗大柱状晶为主 的铸态组织直接热变形成等轴铁素体加上少量珠光体的热轧组织；在冷轧过程 中，热轧组织晶粒被拉长、压扁、纤维化；退火平整后铁素体晶粒变为相对粗大 饼形晶粒，且沿纵向拉长，珠光体转变为颗粒状渗碳体。退火再结晶过程符合定 向形核理论，开始再结晶温度为5 3 0 。c 5 4 5 ，再结晶完成温度为5 7 5 5 9 0 。 c s p 一冷轧板生产过程中形成的第二相粒子以渗碳体m 3 c 最多，占总重量的 0 5 0 6 ；其次为a i n 和硫化物夹杂，分别占0 。0 1 9 和0 。0 1 8 ；氧化物夹杂含 量最低，仅占0 0 0 1 4 3 。钢中渗碳体含量约为氧化夹杂总量的3 5 0 倍，由此推 断渗碳体对钢板性能影响最大。 热轧、冷轧板的渗碳体以不连续的片层状存在于珠光体组织中，退火后珠光 体转化为颗粒状渗碳体。在退火过程中渗碳体析出和长大同时进行，通过优化退 火工艺，可促进球化渗碳体长大，减轻其对铁素体变形的钉扎作用，有利于降低 冷轧成品板强度。 c s p 冷轧板生产过程中，a i n 在连铸凝固期间有少量析出，均热后大部分 回溶，热轧过程中没有发现a i n 析出，低温卷取时可明显抑制a i n 析出。在罩 式退火炉内，通过合理控制退火温度和保温时间，可促使a i n 沿纵向充分析出， 形成有利织构，提高钢板深冲性能。 c s p 冷轧板生产过程中钢板织构的演变规律研究结果表明：q 取向线上， 随冷轧变形量增加，织构密度水平增加，其中不利织构 1 0 0 增幅明显；退 摘要 火过程中不利织构逐渐降低，有利取向( 1 11 ) 及( 1 1 1 ) 织构密度逐渐 增加，分别达到约1 1 和9 0 ，有利于提高r 值。y 取向线上，冷轧过程中织构密 度水平没有明显变化，退火过程中织构取向密度水平进一步升高，但 l l l 及 1 l l 织构密度水平存在定差别，不利于降低a r 。与传统工艺相比， c s p 工艺有较高的热轧织构，有相当的冷轧织构，有更高的退火织构。 在实验室研究及现场试验研究的基础上，包钢形成以“洁净钢冶炼高温终 轧低温卷取大压下量冷轧优化退火工艺”为特点的c s p 热轧板稳定生产低碳 冷轧深冲钢板的成套工艺技术，其产品质量达到常规流程同类产品水平；冷轧钢 板深冲性能超过常规流程同类产品水平，r 值达到1 5 2 0 。 包钢低碳钢冷轧产品广泛应用于建筑结构、家电、汽车等领域，产品以延伸 率高、表面质量好、性能稳定受到用户好评。 关键词：c s p ，冷轧板，织构，组织性能 a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh o tr o l l i n gc s pt e c h n o l o g y , i th a sb e c o m ea n i m p o r t a n td i r e c t i o no fc s pp r o c e s sp r o v i d i n gr a wm a t e r i a lf o rt h ep r o d u c t i o no f c o l d - r o l l e ds h e e t i nt h i sp a p e r , m i c r o s t r u c t u r ea n dt e x t u r ee v o l u t i o nd u r i n gt h e p r o d u c t i o np r o c e s so fc s p c o l dr o l l e ds t r i pw a si n v e s t i g a t e db ym e a n so f m e t a l l o g r a p h i c ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ya n dx r da n a l y s i s ，a c c o r d i n gt ot h e a c t u a ln e e d so fc s ph o t - r o l l e ds t r i pp r o d u c e h i g ha d d e dv a l u ec o l d r o l l e dp r o d u c t i o n , a n dc o m b i n i n gw i t hs m e l t i n g ，c o n t i n u o u sc a s t i n g ，h o tr o l l i n g ，c o l dr o l l i n g ，a n n e a l i n g a n dt e m p e r i n g p r o c e s s e sd u r i n gc s p - c o l dr o l l e dp r o d u c t i o n i na d d i t i o n , t h e p r o d u c t i o nt e c h n o l o g yi nb a o t o ui r o n & s t e e lc o r p w a ss t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y , a n d i t sr e s u l t sw e r ea p p l i e db a c kt os i t ef o rp r o d u c i n gh i g hv a l u e - a d d e dl o w - c a r b o n c o l d - r o l l e ds h e e t ，w h i c hc o n t r i b u t et ot h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fh i g h - l e v e l d e e p - d r a w i n gc o l d - - r o l l e ds t e e ls h e e t sb yc s pb a s em a t e r i a l m i c r o s t r u c t u r ee v o l u t i o nw a ss t u d i e dd u r i n gt h ew h o l ep r o c e s so fc o l dr o l l e d s t e e ls h e e t sp r o d u c t i o n t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：f i r s t l y , c o a r s ec o l u m n a rc r y s t a l w a sd i r e c t l yt r a n s f o r m e di n t oe q u i a x e df e r r i t ea n dp e a r l i t ed u r i n gt h e h o tr o l l i n g d e f o r m a t i o n ；s e c o n d l y , t h eg r a i n sw e r ee l o n g a t e da n ds q u a s h e di nt h ep r o c e s so f c o l d r o l l e d r e d u c t i o n ；t h i r d l y , t h e f e r r i t em i c r o s t m c t u r ew a st u mt oc o a r s e c a k e s h a p e df e r r i t ea n ds p h e r o i d i z e dc e m e n t i t ea f t e ra n n e a l i n g t h er e c r y s t a l l i z a t i o n a n n e a l i n gp r o c e s si sc o i n c i d e n c et oo r i e n t e dn u c l e a t i o nt h e o r y , t h er e c r y s t a i l i z a t i o n t e m p e r a t u r et o s t a r ti sa b o u t5 3 0 2 - - 5 4 5 c ；w h i l et h ef i n i s ho fr e c r y s t a l l i z a t i o n t e m p e r a t u r ei sa b o u t5 7 5 ( 2 - - - 5 9 0 ( 2 。 t h er e s u l t so fr e s e a r c ho fn o n - m e t a l l i ci n c l u s i o n sa n dt h es e c o n dp h a s ep a r t i c l e s i nt h ef e r r i t eo fc o l d r o l l e ds h e e t ss h o w e dt h a tt h eo x i d ei n c l u s i o nc o n t e n tw a st h e m i n i m u m ，o n l yo 0 0 1 4 3 ：s u l f i d ei n c l u s i o n sa n da i np r e c i p i t a t i o nw e r es e c o n d l y , w h i c ht e nt i m e sm o r et h a nt h eo x i d ei n c l u s i o nc o n t e n t ；c e m e n t i t ew a st h em o s t ， a c c o u n t e df o ro 5 0 6 i nt h et o t a lq u a n t i t y s ow ec o n c l u d et h a tt h ec e m e n t i t eh a st h e g r e a t e s te f f e c to nt h ep e r f o r m a n c eo fs t e e ls h e e t s i ti si n d i c a t e dt h a th o t - r o l l e da n dc o l d - r o l l e dc e m e n t i t ew a sd i s t r i b u t e di np e a r l i t e a sd i s c o n t i n u o u sl a m e i l a rs h a p e a n dt h e nd e c o m p o s ea ss p h e r o i d i z e dc e m e n t i t ea f t e r i i i a b s t r a c t a n n e a l i n g t h ep r e c i p i t a t i o na n dg r o w t ho fc e m e n t i t ew a ss i m u l t a n e o u s l yf o r m e d d u r i n gt h ea n n e a li n g a n dt h eo p t i m i z a t i o no fa n n e a li n gp r o c e s sf a v o rt ot h eg r o w t h o fc e m e n t i t es p h e r o i d i z a t i o n , a n dr e d u c et h ep i n n i n ge f f e c to nt h ef e r r i t ed e f o r m a t i o n ， s os t r e n g t hp e r f o r m a n c eo f c o l dr o l l e ds h e e t sw a sr e d u c e ds i g n i f i c a n t l y al i t t l ea m o u n to fa i nw a sp r e c i p i t a t e dd u r i n gt h es o l i d i f i c a t i o no fm o l t e ns t e e l ； t h em a j o r i t yo f p r e c i p i t a t e da i nw a sd i s s o l v e da g a i nd u r i n gt h er e h e a t i n go f t h es l a b s ； a i np r e c i p i t a t i o nw a si n h i b i t e di ft h es t r i pw a sc o i l e da tt h el o w e rt e m p e r a t u r e ；a i n p r e c i p i t a t i o nw a se n o u g ht of o r mf a v o r a b l et e x t u r e ，a n dt oi m p r o v et h ed e e pd r a w i n g p e r f o r m a n c eo f c o l d r o l l e ds h e e t st h r o u g ht h ep r o p e rc o n t r o lo f a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e a n dh o l d i n gt i m e t h et e x t u r ee v o l u t i o nd u r i n gp r o d u c t i o no f c s p c o l dr o l l e ds t r i ph a v es h o w nt h a t ， i na - o r i e n t e dl i n e ，t h e d e n s i t yo ft e x t u r ei n c r e a s e w i t ht h ec o l dr o l l e dr e d u c t i o n i n c r e a s e d ，e s p e c i a l l yf o rt h en e g a t i v et e x t u r e 1 0 0 w h i l ed u r i n gt h ea n n e a l i n g p r o c e s s ，t h en e g a ti v et e x t u r ed e c r e a s e ，a n dt h ef a v o r a b l eo r i e n t a t i o nt e x t u r e 111 ) & 111 g r a d u a l l yi n c r e a s e d ，r e a c h e da b o u t11a n d9 0 ，w h i c hi m p r o v e t h eh i g h 卜v a l u e i n ) , - o r i e n t e dl i n e ，c o l d r o l l i n gt e x t u r ed e n s i t yh a sn os i g n i f i c a n t c h a n g e d u r i n ga n n e a li n gf u r t h e ri n c r e a s et e x t u r e ，t h el e v e lo ft e x t u r e 1 11 ) & 111 ) h a sac e r t a i nd i f f e r e n c e ，t h a ti n c r e a s e & r - v a l u e c o m p a r e dt o t h e t r a d i t i o n a lp r o c e s s ，h o tr o l l e ds t e e ls h e e th a sh i g h e rt e x t u r e ，c o l d - r o l l e ds t e e ls h e e th a s t h es a m et e x t u r e ，a n da f t e r - a n n e a l i n gs h e e th a sf u r t h e rh i g h e rt e x t u r ei nt h ec s p c o l d r o l l i n gp r o c e s s b a s e do nt h ea b o v ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n do n - s i t ep r o d u c t i o n , c o l d - r o l l e d d e e pd r a w i n gs t e e ls h e e t sw e r ep r o d u c e db yt h ef o l l o w i n gr o u t i n eo fb o f _ l f c s p _ c o l dr o l l i n g _ b a t c ha n n e a l i n g _ t e m p e r i n g ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ， m o l d i n gp r o p e r t i e s ，s u r f a c eq u a l i t y , p l a t es h a p ea n dt h ea c c u r a c yo ft h es i z ew e r ea l l u pt ot h er e q u i r e m e n t so fn a t i o n a ls t a n d a r d s f o rt h ec s p c o l d - r o l l i n gs t e e ls h e e t ，t h e rv a l u eh a de x c e e d e dt h el e v e lo f t h et r a d i t i o n a lp r o d u c t i o np r o c e s s l o wc a r b o ns t e e lp r o d u c t sp r o d u c e db yb a o t o ui r o n & s t e e lc o r p h a v eh i g h e l o n g a t i o n , g o o ds u r f a c eq u a l i t ya n ds t a b l em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e ，a n da r ew i d e l y u s e di nb u i l d i n gs t r u c t u r e ，h o u s ea p p l i a n c e s ，a u t o m o b i l e sa n do t h e rf i e l d s k e yw o r d s ：c s p , c o l d r o l l e ds h e e t ，t e x t u r e ，s t r u c t u r ea n dp r o p e r t y 1 v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位做作者签名f 一气加 签字眺 叩年歹月夕日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解钢铁研究总院有关保留、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) 学位论文作者签名：；p 斗b 签字日期：刀砑年 j 多月巧日 | 导师签名：痧陋 签字r 期功严石月罗日 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 薄板坯连铸连轧流程生产冷轧板的工艺特点 冷轧板具有尺寸精度高、板形好、表面质量高等显著优点，广泛应用在汽车、 家电、建筑和结构等领域，越来越受各个领域最终用户的推广和青睐，进而，有 效的替代相应的热轧产品，也促进了热轧产品向冷轧产品的转化。当然，追求高 附加值的冷轧产品成为各生产厂家的热宠，尤其是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冷轧薄板产品之一。 热轧产品向冷轧产品转变，作为冷轧原料的热轧产品的生产方式不同，通常 冷轧产品的质量和性能也有一定的差异；热轧产品通常有常规流程和短流程两种 生产方式，常规流程热轧产品转化为冷轧产品的生产已有很悠久的历史，而短流 程尤其是以薄板坯连铸连轧工艺( c s p ) 生产热轧产品转化为冷轧产品的生产， 起步较晚，近年来，国外一些钢厂开始采用薄板坯连铸连轧工艺生产冷轧薄板或 进行试验，如美国n u c o r 公司、德国蒂森克鲁伯公司、c o r u s 公司u m u i d e n 钢厂等。但是由于c s p 生产线与传统热连轧在坯料铸造过程、加热制度、轧制 过程及板带在传输辊道上的冷却速度等方面有着显著差异，导致生产同样的钢 号、相同规格的c s p 板卷在微观组织及强度等方面与传统热连轧生产有显著的 差别【1 - 2 l 。 薄板坯连铸连轧工艺( c s p ) 是2 0 世纪8 0 年代末开发成功的当今世界钢 铁工业具有先进性的生产技术，它集科学、技术和工程为一体，将热轧板卷的生 产在一条短流程生产线上完成；自19 8 9 年美国纽柯克拉兹维莱钢厂世界第一套 薄板坯连铸连轧c s p 生产线投产以来，该项技术发展很快，从1 9 9 9 年底到2 0 0 8 年，我国已有1 2 家钢铁企业的2 6 条薄板坯( 包括中薄板坯) 连铸连轧线相继 投产，年产能力约4 7 1 0 万吨。薄板坯连铸连轧技术除s m s 开发的c s p 外还有 d e m a g 的i s p 、住友的q s p 、d a n i e l i 的f t s r 和v a i 的c o n r o l 等共5 种类型。它的出现是钢铁工业近年来最重要的技术进步之一【3 4 l 。 c s p 工艺是应用最广泛、技术最成熟的薄板坯连铸连轧工艺，具有生产成 本低、产量高、质量好等特点。采用薄板坯连铸连轧工艺已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、不锈钢及电工钢 1 旃幸文献综述 等。薄板目琏铸连轧生j 。的热轧钏板，在强度、韧陡等性能山血还优于传统i 。岂 产品：在生，。超薄规格热轧板疗m 薄板坏连铸连轧还县有传统工艺不可相比的 优势【! i 。c s p 技术的基本【艺流程m 见蚓1 - 1 。 l 3 d l o m n ) r e c 删a u i z e d 。揣篇捌是；舞，。 图1 1c s p 工艺原理图 c s p i 艺生产流程一般均为电炉( a d 或d c ) 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f 卷取。薄板坯从连铸机拉出厚 5 0 m m ，绎翦四成定尺进入均热炉加热保温，薄板坯经由高压水除鳞后，通过 4 6 架精轧机轧成10 1 25 m m 热轧带巷，冷却后成卷，卷重约2 0 t 。从钢水的 冶炼到产品离线，仅需15 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4 ，1 9 9 6 年后继续降为2 。在当时热轧带卷的成奉为5 0 6 0 美元n ， 大大地低于传统乍产线的成本，向牛产板材的大，显示了强大竞争力。 与传统厚板坯冷却后重新加热再轧制的r t 艺相比，具有相同成分的c s p 热轧 钢板经历了不同的热加 过程f 8 i ，如图1 2 ，丰要表现在：c s p 热轧钢板是经过 薄板坯连铸一均热_ 连轧_ 卷取工序生产的，连铸坯没有经过冷却到室温冉加热 的过程，铸态组织的薄板坯经约”0 0 均热后直接进行轧制，并且存轧制过程 巾采川业人的道次眶卜率；薄扳坏的凝_ 直| 叫川更短凝同后的冷却述牢业；一gl o ： 薄板坏热轧后述度冷却更高。这此t 艺上的茺别均对c s p 低碳钢成品板的组织和 盹能产生明显影响。 。篙蠹翟 第一章文献综述 。 i 砸d p h a s e f s o 戤t p t u e 勋锄忱p 霄慨。i 铀e 1 孙靠尬珥c s p 捌r o c e i i2 c 伽珂贯面啦珂c a n 肿c e u e = 图1 2 传统工艺与c s p 工艺的比较 1 2 薄板坯连铸连轧流程生产冷轧板的产品特点 c s p 技术设备相对简单，流程通畅，节省能源，运行可靠；其技术工艺相 对成熟，生产比较稳定，产量和质量较好，从而得到了较为广泛的应用 1 1 1 9 。 根据c s p 工艺的金属学特点，薄板坯高温直接装炉，在变形前材料中的合金元 素处于固溶状态，经变形诱导析出，利于形成细小弥散的析出物，这种特点有利 于充分发挥合金元素的作用，对产品的组织和性能有很大的影j 柏j 9 , l o , 2 0 。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，薄板坯连铸连轧具有传统工艺不可相比的优势。 然而，薄板坯连铸连轧技术和传统工艺流程不同，铸坯经加热炉均热后直接 加工成型，没有经过冷却到室温、再加热奥氏体化的过程，导致了c s p 薄板冶 金质量、组织、织构和性能均与传统工艺生产的热轧板存在明显差异。采用c s p 技术生产的成品板比传统技术生产的板带材组织明显细化，强度大为提高1 2 1 2 3 1 。 然而作为生产深冲钢板的热轧基料，这种组织、性能特点对深冲钢板进一步的冷 加工带来不利的影响【2 4 2 引，这也就成为c s p 工艺生产冷轧板的困难点。 由于连铸连轧、紧凑式布置，板坯温度头尾均匀、匀速轧制致使热轧成品又 具有成材率高、板形好等突出特点，这也成为生产冷轧产品成材率高、板形好的 第一章文献综述 重要基础。 同时，由于c s p 工艺采用薄板坯连铸工艺，连铸坯厚度相对薄、浇注速度 高，保护浇注条件下，铸坯表面质量缺陷和内部夹杂等缺陷难以控制和消除；铸 坯连续经过均热一连轧一卷取工序生产，连铸坯没有经过冷却到室温冉加热的组 织均匀过程，而是铸态组织的薄板坯经约1 1 0 0 均热后直接进行轧制，这与传 统流程有着内在的差别。因而，c s p 基料生产高附加值冷轧板的机理研究成为 我们开发冷轧板生产技术的重要基础。 再者，使用c s p 工艺冷轧原料具有冷轧原料成本低的独特优势，促使生产 制造商纷纷使用，以追求更高经济效益。 因而，从上面分析可以看出，c s p 工艺生产冷轧基料具有低成本、成材率 高、板形好、韧性好的基础优势，同时，还有冷轧基料强度偏高、表面质量和内 部质量控制困难等实际问题，这也是c s p 工艺生产冷轧基料不为一些生产厂家 看好的内在因素。 目前，我国己成为世界上薄板坯连铸连轧产能和产量最高的国家，目前国内 已拥有2 6 条薄板坯连铸连轧生产线，总能力超过3 0 0 0 万吨，年，占世界总产能 的3 0 左右。c s p 热轧产品的冷轧高附加值转化已成为生产的必然，其中马钢 c s p 生产线冷轧基料所占比例从2 0 0 4 年的3 0 提高到目前7 5 以上；唐钢、 包钢、邯钢冷轧基料比例均超过4 1 。因此，如何克服c s p 工艺生产冷轧基料 的不足，促进c s p 线生产冷轧基料的发展，消化薄板坯连铸连轧产品，增产国 内市场短缺的冷轧产品已成为我国钢铁企业发展的挑战。 我国已投产和建设中的几家薄板坯连铸连轧企业多已建成冷轧及其涂层生 产线。还有一些冷轧生产厂家，由于c s p 冷轧基料的成本优势，纷纷采用该工艺 生产热轧板作为冷轧原料。然而，实际使用c s p 冷轧基料中也存在一些实际问题。 根据c s p 热轧工艺特点【2 7 , 2 8 l ，其铁素体晶粒组织细小，具有强度高和韧性好的特 点【8 】。强度高致使冷轧压下困难，能耗高；同时，晶粒细小对生产深冲性钢板有 很不利的影响，这在一定程度上制约了c s p 产品转化高附加值冷轧产品的发展。 然而，使用c s p 冷轧基料生产高附加值产品也是冷轧厂家追求低成本高利 润的源动力。因此，针对包钢已拥有成熟c s p 生产线，又有先进的冷轧生产线 的实际情况，开展以c s p 工艺提供冷轧基料生产高附加值冷轧钢板的深入研究， 第一章文献综述 已经成为目前包钢急需解决的重要问题。 1 3 影响冷轧板性能的工艺因素 热轧带钢作为冷轧原料，冷轧产品性能质量的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钢板的组织和性能。由资料【2 9 , 3 0 可知， 退火后钢板的铁素体晶粒大小，除与冷轧及热处理条件有关外，也与热轧带钢的 显微组织、织构有关。热轧带钢的显微组织特征会保持到冷轧薄板上，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，这些都将遗传在冷轧带 钢上。 冷轧钢板的力学性能取决于其化学成分、浇注、热轧、冷轧和退火工艺【3 卜 3 3 。影响冷轧薄板性能波动的技术可归结为： ( 1 ) 冶炼技术：铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼及近终形薄板连铸等； ( 2 ) 热轧技术：板坯与钢带的温度分布均匀化、热装直接轧制、隔热罩， 热卷箱、控轧与控冷等； ( 3 ) 冷轧及退火技术：浅槽酸洗、冷轧新技术、强对流全氢罩式退火、连 续退火等。 通常用材料的塑性应变比r 值、加工硬化指数n 值和屈强比来衡量冷板材深 冲性能。 1 3 1 塑性应变比 板材的深冲性能与其力学性能的各向异性密切相关，即力图使其在板平面内 具有高塑性流动性，同时，在板厚方向具有足够的抵抗塑性流动的能力。材料的 这一性质可用塑性应变比r 值来定量表示【17 】： ，= 占知或= e ( 1 1 ) 其中，e 表示垂直于板法线的某一方向上的正应变，j 为其取向；n 表示板 法线方向的正应变。通常沿板平面不同方向上的性能不同，如图1 3 所利1 5 1 ，常 测的r 值有、_ ，和，即方向与轧向夹角为0 0 、4 5 0 或9 0 0 。由此可求出平 均值。为此约定将名称为标称塑性应变比： 名= ( r o + 2 r 4 5 + r g o ) 4( 1 - 2 ) a r = ( t o + 一2 r 4 5 ) 2 s ( 1 - 3 ) 第一章文献综述 值越大，板材在垂直于板法线方向的板平面内具有越强的塑性流动性，同 时，在板厚方向具有足够抵抗塑性流动的能力，因此钢板的深冲性能越好。 r 表示轧板而卜的各向变形抗力差。为使板材变形均匀，防止制耳，要求 板材的r 值尽量小。理想的超深冲板要求具有高的r 值和低的r 值。 图1 3r 值的方向性 1 3 2 屈强比 板材的屈强比是其屈服强度与抗拉强度比值( 盯s 吼) ，是衡量钢板深冲性能 的又一指标。屈强比越小，越有利于冲压成型。在拉伸时，若屈服强度低，变形 区应力较小，不易起皱。对深冲钢板，一般要求其屈强比小于0 6 5 。 1 3 3 应变硬化指数 金属材料在冷塑性变形后会出现强度和硬度升高、塑性下降的加工硬化现 象。应变硬化指数n 是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【州，测试样的取样方向与测量r 值m , t h p - ，并用( 1 4 ) 式计算其平 均值： 即。= ( ”o + 2 n 4 5 + 玎9 0 ) 4 ( 1 - 4 ) 1 4 织构对冷轧板性能的影响 1 4 1 织构的定义 多晶体在其形成过程中或形成后受n 夕 i - 力的作用，各晶粒会在某些方向聚集 排列并出现取向几率增大的现象，即多晶体的取向分布规律称为织构。多晶体按 受力状态的不同，可产生丝织构、面织构和板织构。 第一章文献综述 1 4 2 深冲钢板中常见织构类型 钢板的织构往往聚集在取向空间的某些取向线上，图1 - 4 所示为钢板中常见 的织构取向线在邦厄( b u n g e r ) 系统欧拉空间中的位置。 取向线： p , d 丫取向线： n d 取向线： r d ：取向线： n d 日取向线： n d 取向线： t d 图1 4 钢板中的织构取向线 a 取向线和y 取向线是深冲钢板中存在的两种主要织构取向线。a 取向线在 取向分布函数o d f ( o r i e n t a t i o nd i s t r i b u t i o nf u n c t i o n ) 图中的位置为叩1 - 0 0 、 q = o - - - - 9 0 0 、叩2 = 4 5 0 ，主要织构类型为 0 0 1 ) 、 1 1 2 ( 1 1 0 、 1 1 1 ( 1 1 0 ) 。 y 取向线在o d f 图中的位置为q 1 _ 0 9 0 0 、p = 5 4 7 0 、9 2 = 4 5 0 ，主要织构类型为 1 1 1 ) ( 1 1 0 和 1 1 1 ( 1 1 2 ，对于i f 钢还往往出现 5 5 4 ) 立方织构和 0 0 1 ( 1 1 0 ) 旋转立方织构。 取向线表示( 1 1 0 ) 晶向平行于板带横向的织构，在o d f 图中的位置为 7 第一章文献综述 q 0 1 = 9 0 0 、( i ) = 0 - - - 9 0 0 、( 1 ) 2 = 4 5 0 ，主要织构类型包括 0 0 1 ) ( 1 1 0 ) 、 1 1 1 ) ( 1 1 2 ) 、 5 5 4 ) ( 2 2 5 ) 和 1 1 0 ( 旋转高斯织构) 11 0 高斯织构) 图1 5 体心立方晶体( 1 0 2 = 4 5 0 0 d f 截面图和八种主要织构组分 虽然深冲钢板的冷轧和退火织构主要分布在a 和y 取向线上，但在一定的工 艺条件下，也会出现r l 、( 、0 和取向线上的织构类型，o d f 图的( i ) 2 = 4 5 0 截面 对于深冲钢板的织构分析具有重要的意义【3 5 ，3 剐。图1 5 是体心立方晶体q 2 = 4 5 0 o d f 截面图和八种主要织构组分。 一般来说，冷轧的变形织构主要包括( 0 0 1 、 1 1 2 、 1 1 1 和 1 1 1 。变形织构对冷轧深冲汽车钢板是非常重要的，退火后希望获得 1 1 1 和 1 1 1 织构，利用该织构可提高冷轧汽车钢板的冲压性能。 1 4 3 织构对深冲钢板成型性能的影响 对一般冲压级低碳钢，要求好的表面质量和足够的塑性：而对深冲级别以上 的板材，还对晶粒尺寸和织构有着严格的要求，以保证板材的深冲性能。 深冲钢板中晶粒 1 1 1 晶面平行于轧板板面时冲压性好，而( 1o o 晶面平行于 轧板板面冲压性差。冲压性可用塑性应变比r 表示，即在平行于板面的其它方向 上变形越大，板面垂直的方向上的变形越小，r 值大。钢板在冲压压力作用下， 当晶粒的 1 1 1 面平行于板面时，体心立方金属中沿 方向的变形抗力晟大， 第一章文献综述 与板面垂直的方向上变形困难；而与板面平行的方向上变形抗力相对较小，有利 于深冲压变形，尤其是拉胀变形。体心立方金属沿 方向的变形抗力最小， 当晶粒的 1 0 0 面平行于板面时，与板面垂直的方向上变形容易，而与板面平行 方向上变形抗力相对很大，塑性应变比r 值小。 ( 1 1 1 织构是y 取向线织构，因此只要提高深冲钢板中的y 取向线的比率， 就可提高深冲钢板的成型性能。 热轧板晶粒尺寸的增长强烈影响部分c i 取向，而不会影响到y 取向【3 1 。低碳 钢形变织构主要由不完整的a 取向和完整的y 取向组成。前者相当于自( 0 0 1 ) 伸展至( 1 1 1 ( 1 1 0 的 | | r d ，后者相当于位在 1 1 1 至 1 1 1 ( 1 1 2 ) 之间的( 1 1 1 ) i | n d 。 冷轧织构的演变过程分为两个阶段3 7 , 3 8 l ：在低变形条件下( s 7 0 ) ，c l 取向 部分很均匀，且形成了y 取向的( 1 1 1 ( 2 1 1 ) ；在高变形条件下( 7 0 ) ，a 取 向的 1 1 2 1 1 0 ) 和y 取向的 1 1 1 和 ( 1 1 1 ) 2 1 1 ) 保持不变。 退火工艺影响退火织构，进而直接影响深冲板的成型性能。在较低退火温度 时，再结晶在a i n 完全析出后开始，退火织构含有强的 i 1 1 织构组分。 k i n 析出相对于( 0 0 1 ) 晶粒长大的阻力较大，而对于高储能的( i i i 取向晶粒 长大的阻力则很小。a i n 析出缓慢，有利于对( 0 0 1 ) 晶粒长大的阻滞，因此退火 工艺有利于提高深冲钢板的成型性能。一般低碳钢的 1 1 0 ) 形核率高于i f 钢，( 1 1 1 形核率低于i f 钢，低碳钢的 1 1 1 形核率低于 i i i ( 1 1 2 ) 。由于变形储 能是再结晶形核的驱动力，储能高的织构组分在再结晶过程中更易优先形核，而 最终的退火织构则由形核率高，数量大的织构组分占主导地位。l f 钢退火织构 的( 1 1 1 ) 组分尤其是 1 1 1 ) l - t i l 乇碳钢强，而 1 1 0 组分又比低碳钢弱，这是 i f 钢成型性能比低碳钢优越的重要原因。 o 2 c m n 钢中细的碳化物颗粒有利于细化铁素体晶粒组织的变形。碳化物 的钉扎作用抑制了品界的迁移，可以阻止晶粒的进一步细化和再结晶的发生，由 此导致再结晶温度增加，使先前轧制和退火处理的温度范围变大。研究发现【2 1 】， 观测到的强a 取向是典型的s l n 织构，没有形成新的h a g b s ( h i g h a n g l eg r a i n b u n d a r i e s ，大角度晶界) 是不能使c l 取向向y 取向转变的原因。 第一章文献综述 1 4 4 织构对塑性应变比的影响 大量研究表明：板材内的织构与值有着密切的联烈3 9 4 0 1 。对于值高的 材料而言，板材各品粒的 1 1 1 而大多平行于轧面，即材料具有强的 1 1 1 型织构； 而当板材各晶粒的 1 0 0 ) 面大多平行于轧面时，可使板材的r 埘值降低。实践证明： 上述两种织构的强度比i 1 1 1 j 1 0 0 1 - - 与名大致成直线关系( 见图1 6 ) ，板材织构是影 响r 值的主要因素。 图1 - 6 r m 值与钢中织构比率i 1 1 1 ，i 0 1 ) 的关系 表1 1不同织构类型对低碳深冲钢板r m 和r 值的影响 钢中织构的形成受合金成分以及变形条件( 包括变形温度、变形速度、变形 几何条件、样品尺寸和润滑条件等) 、材料的某些性质( 包括仞始晶粒度、初始织 构、冶金质量、第二相及弥散度、相变、晶体结构、微量元素及含量、层错能等)