（材料加工工程专业论文）q345a的冷轧及退火工艺研究.pdf

q 3 4 5 a 的冷轧及退火 i 艺研究 摘要 本文以涟钢c s p 生产的低合金高强度钢q 3 4 5 a 热轧板为原料 在实验室条 件下进行了再结晶 冷轧及退火实验 并对退火试样进行了性能检测 采用硬度 法测量了冷轧板再结晶温度并分析了变形量对再结晶温度的影响 研究了不同压 下率 分别为6 1 6 7 7 2 7 8 对冷轧板组织 力学性能和冲压性能的影 响 研究了总压下率为6 1 条件下 保温时间为4 h 不同退火温度及退火温度 为7 2 0 不同保温时间对q 3 4 5 a 冷轧板组织和性能的影响 为制定合理的冷 轧退火工艺参数提供依据 结果表明 1 q 1 3 4 5 a 的再结晶温度约为6 0 0 冷轧变形量的大小对其再结晶温度 的影响不明显 随着压下率的提高 退火板的r l r m 和r l r m 升高 a 和i e 值降低 r 值则先增大后减小 在压下率为7 2 时达到最大 2 当保温时间为4 h 时 随退火温度的升高 铁素体晶粒逐渐长大 材料 的r l r m 下降 a 和r 值则先增大后减小 r l r m 只有在7 2 0 时等于o 7 0 当退火温度为7 2 0 c 时 随着保温时间的延长 铁素体晶粒缓慢长大 球状渗碳 体的含量减少 片状珠光体的数量增多 材料的r l r m 下降 a 增加 保温时 问为4 h 或l6 h 时 获得的r l r m 0 7 0 在一定时间范围内 r 值随保温时间的 延长而提高 3 冷轧压下率为6 1 时 经7 2 0 退火4 h 后 退火板的i e 值最高为1 0 8 l 7 0 0 c 或7 5 0 退火4 h 其i e 值较高 8 0 0 退火4 h 其i e 值最低 i e 值随退 火温度和时间的变化没有明显的规律性 4 q 3 4 5 a 钢的强化机制主要是细晶强化 其次是沉淀强化 为了达到实 验目标 并从节约能源和提高生产效率考虑 选择6 l 的冷轧压下率 在7 2 0 退火4 h 可以获得r e l 3 5 0 m p a r m 5 0 0 m p a r l r 0 7 0 a 2 6 r 1 1 6 9 i e 值为10 8 l 既满足高强度的要求 又有良好的冲压成形性 关键词 q 3 4 5 a 冷轧压下率 退火 力学性能 n 硕 学位论文 a b s t r a c t q 3 4 5 ai sal o wa l l o yh i g hs t r e n t hs t e e l h s l a i nt h i sp a p e r q 3 4 5 ah o t r o l l e d s t e e ls h e e tp r o d u c e db yl i a n y u a ni r o na n ds t e e lc o o ni t sc s p p r o c e s si su s e da st h e r a wm a t e r i a l r e c r y s t a l l i z a t i o n c o l d r o l l e da n da n n e a l l i n ge x p e r i m e n t sa r es t u d i e d u n d e rl a b r a r yc o n d i t i o n s a l s op e r f o r m a n c et e s t i n gi sc a r r i e do na n n e a l e ds a m p l e s t h er 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 eo fc o l d r o l l e dp l a t e i sm e a s u r e db yh a r d n e s s t e s t i n g a sw e l la st h ee f f e c to fc o l d r o l l e dr e d u c t i o no nr 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 ea n a l y z e d t h ee f f e c to nm i c r o s t r u c t u r e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n d s t a m p i n gp e r f o r m a n c ea td i f f e r e n tc o l d r o l l e dr e d u c t i o nr a t e 61 6 7 7 2 7 8 r e s p e c t i v e l y i ss t u d i e d w h e nt h et o t a lc o l d r o l l e dr e d u c t i o nr a t e i s61 t h e i n f l u e n c eo fd i f f e r e n ta n n e a l i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m eo nm i c r o s t r u c t u r et o g e t h e r w i t hp r o p e r t i e sa r ed i s c u s s e d p r o v i d i n gt h er e f e r e n c ef o re s t a b l i s h i n gr e a s o n a b l e c o l d r o l l e da n da n n e a l i n gp r o c e s sp a r a m e t e r s w h e na n n e a l i n gt e m p e r a t u r ec h a n g e s t h ea n n e a l i n gt i m ei s4h o u r s a n dw h e na n n e a l i n gt i m ec h a n g e s t h et e m p e r a t u r ei s 7 2 0 t h er e s u l t ss h o wt h a t 1 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 eo fq 3 4 5 ai s a b o u t6 0 0 c a n dt h e i n f l u e n c eo fc o l d r o l l e dr e d u c t i o no nt 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 ei sn o to b v i o u s w i t ht h ec o l d r o ll e dr e d u c t i o nr a t ei n c r e a s i n g r e l r ma n dr e l r mi n c r e a s e aa n d t h ei ev a l u ed e c r e a s ea tt h es a m et i m e t h erv a l u ef i r s ti n c r e a s e sa n dt h e nr e d u c e s r e a c h e st h em a x i m u mw h e nt h ec o l d r o l l e dr e d u c t i o nr a t ei s7 2 2 w h e nt h ea n n e a l i n gt i m ei s4h o u r s a st h ei n c r e a s i n go ft e m p e r a t u r e t h e f e r r i t eg r a i ng r o w su pg r a d u a l l y r e la n dr mr e d u c e aa n dt h erv a l u ef i r s ti n c r e a s e a n dt h e nd e c r e a s e r e l r mi so 7 0a t7 2 0 ca n n e a l i n g4h o u r s w h e nt h ea n n e a l i n g t e m p e r a t u r ei s7 2 0 c a st h ei n c r e a s i n go ft i m e t h ef e r r i t eg r a i ng r o w su ps l o w l y t h ec o n t e n to fs p h e r i c a lc e m e n t i t er e d u c e s b u tt h ep e a r l i t es l i c ei n c r e a s e s r e la n d r mr e d u c ew h i l eai n c r e a s e s r e l r mi so 7 0a t7 2 0 ca n n e a l i n g4h o u r so r16h o u r s t h erv a l u ei n c r e a s e sw i t ha n n e a l i n gt i m e se x t e n s i o ni nac e r t a i nr a n g e 3 w h e nt h ec o l d r o l l e dr e d u c t i o nr a t ei s61 i tc a no b t a i nt h eh i g h e s ti e v a l u e w h i c hi s10 81a t7 2 0 2a n n e a l i n g4h o u r s t h ei ev a l u ei sh i g h e ra t7 0 0 co r 7 5 0 cb u tl o w e s ta t8 0 0 ca n n e a l i n g4h o u r s i td o e s n tp r e s e n to b v i o u sr e g u l a r i t y w i t ht h ec h a n g eo fa n n e a l i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m e 4 t h es t r e n g t h e n m e c h a n i s mo f q 3 4 5 a s t e e li s m a i n l y f i n e g r a i n i i i q 3 4 5 a 的冷轧及退火 i 艺研究 s t r e n g t h e n i n g s e c o n di sp r e c i p i t a t i o ns t r e n g t h e n i n g i no r d e rt oa c h i e v et h eg o a lo f e x p e r i m e n t c o n s i d e r i n go fs a v i n ge n e r g ya n di m p r o v i n gp r o d u c t i v i t y w h e nt h e c o l d r o l l e dr e d u c t i o nr a t ei s6 1 r e l 3 5 0 m p a r m 5 0 0 m p a r e l r m 0 7 0 a 2 6 r 1 1 6 9 t h ei ev a l u ei s1 0 8 1a r eo b t a i n e da t7 2 0 ca n n e a l i n g4h o u r s i ts a t i s f i e s f o rh i g hs t r e n g t h a sw e l la sg o o ds t a m p i n gf o r m a b i l i t y k e y w o r d s q 3 4 5 a c o l d r o l l e dr e d u c t i o nr a t e a n n e a l i n g m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 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 均已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 名 叮彦口 醐 1 引肌日 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 1 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密团 请在以上相应方框内打 作者签名 导师签名 日期 日期 j 年b 月2 日 年6 月乙日 陟1墟叫 咿子陬 硕 学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 冷轧薄板不仅具有表面质量好和尺寸精度高的优点 而且还有良好的组织和 性能 具有较高的附加值 广泛应用于汽车 轻工 机械 石化 建筑 化工等 行业 随着现代工业尤其是汽车工业的发展 对薄板的品种和质量的要求也越 来越高 由于汽车部件整体化的提出 汽车用板不仅具有较高的强度而且具有良 好的成形性能 深冲板即可满足其使月j 要求 深冲钢板在使用过程中主要是利用板材的塑性变形 经过一次或多次冲压加 工以形成所需稳定的最终形状 深冲钢按冲压级别可分为 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 甜 1 2 汽车工业的发展与冷轧板 1 2 1 汽车工业的发展 汽车工业是是国民经济的支柱产业 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 约占钢铁材料的 6 4 7 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 v 6 0 0 件 3 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i 纠 1 2 2 冷轧板的发展历史 1 2 2 1 深冲钢板的发展 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 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焊接方向发展 4 1 从冲压性能看 冷轧汽车板由沸腾钢 低碳铝镇静钢逐步发展到i f 钢 从冲 压级别逐步发展到深冲级别 特深冲级别和超深冲级别 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 深冲板的发展史 也就是其冲压性能不断提高的历史 根据冲压性能的优劣 q 3 4 5 a 的冷轧及退火t 艺研究 可以大体将其分为三个阶段 1 以沸腾钢为代表的第一代产品 特点是 r 值不高 仅为1 0 1 2 由于 含有较多的o 和固溶n 故应变时效性明显 2 铝镇静钢 a k 是第二代产品的代表 特点是通过往钢中加a l 脱氧并控 制a i n 的固溶和析出 从而得到良好的深冲性能 r 值为1 4 1 8 同时 由于n 被固溶成a i n 在罩式退火或连续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 3 i f 钢的发现并成功地走向实用标志着第三代深冲板的出现 特点是 纯净的钢质和较为粗大的铁素体晶粒 可以得到超深冲性 r 值可达1 6 2 8 表 1 1 1 5 给出了三代深冲压用钢的性能对比 表1 1 三代冷轧冲压汽车板性能 1 2 2 2 高强度钢板的发展 2 0 世纪7 0 年代开始 日本神户钢铁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 0 m p a 级复合组织冷轧钢板 6 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 7 5 年 在双相钢研究中 h a y a m i 等发现了具有t r i p 效应的残余奥氏体1 7 j 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 2 0 世纪8 0 年代末 采用双相区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 引 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 德国等国家先后采片j 热连轧生产线或冷轧 连续退火生产 线生产出t r i p 商品钢板 9 1 0 1 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 0 9 8 0 m p a 从1 9 7 5 年到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 无问隙原子i f 钢以及相变诱导塑性t r i p 钢 高强度钢板的开发进程如图1 1 所示 l2 1 硕 卜学f 节论文 察 越 积 j 疃 1 9 7 5 1 9 8 0 1 9 8 51 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0 年份 图1 1 汽车用高强度钢板的开发进程 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 衡量汽车板的成形指标主要是塑性应变比 r 延伸率 a 和加工硬化指数 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 1 2 3 冷轧板的发展趋势 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1 1 4 1 2 3 1 向超深冲方向发展 无间隙原子钢 1 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和特超深冲级冲压件 轿车覆盖件 的生产 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 i f 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 钢生产和研究的方向 1 2 3 2 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 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 1 2 3 3 向涂镀层方向发展 近年来由于带钢热镀锌技术不断取得实质性进展 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 q 3 4 5 a 的冷轧及退火 r 艺研究 1 2 3 4 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 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 所使用的表而无缺陷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 4 冷轧深冲板的发展现状 1 2 4 1 国外深冲板的发展现状 为了达到轿车减重 节能 耐蚀性和安全性的要求 各国的轿车工业广泛地 采用了高强度和超深冲钢板以及表面处理钢板 开发了许多新的深冲板的品种 随着深冲及超深冲钢板的发展 又开发了超高深冲级钢板 该类钢板的r 值为2 5 延伸率为51 时效指数相当好 日本已成功开发生产出r 值达到3 0 的超高深 冲级钢板 从近4 0 年国内外汽车板发展的过程来看 超深冲钢板是向高洁净 超 低碳和微合金方向发展1 2 汽车用高强度钢的开发始于2 0 世纪7 0 年代石油危机前后 首先是微合金钢 然后是含磷合金钢 2 0 世纪8 0 年代前期是d p 钢和b h 钢和i f 钢 19 9 0 年前后 又开发出了强度更高的微合金钢一各向同性钢 接着又开发出了t r i p 相变诱发 塑性 钢 多相超高强度钢 抗拉强度已达到1 0 0 0 m p a 最高的甚至达到1 2 0 0 m p a 以上 15 1 韩国浦项钢铁公司于2 0 0 1 年3 月成功开发出轻量型汽车钢板 该钢板具有比 目前所使用的钢板薄 强度高和抗疲劳强度高等特点 日本神户钢铁公司通过研 究5 9 0 m p a 以上级别的高强度钢板 适用于驾驶室周围主要结构部件 开发出各种 高强度钢板 开发的高延性9 8 0 m p a 级超高强度复合组织冷轧钢板 其延伸率为 2 0 能承受复杂冲压成形i l6 1 1 2 4 2 我国深冲板的现状 目前 我国汽车用深冲板的产品 1 7 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 h 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 但是批量用于轿车还需做大量工作 主要的问题是性能不 稳定 表面质量难于满足轿车的要求 无缺陷表而的0 5 板成品率低 普通表而 板的划伤 锈蚀 残留碳也较多 我国也己开发了微碳的新型深冲钢并己投产 宝钢有s t l 5 钢 武钢有0 3 a l 钢 但是目前尚处于试生产阶段 还不能完全替代 s t l 4 和0 8 a l 钢 硕十学f 口论文 l f 钢是第三代汽车用深冲板 我国宝钢 武钢与北科大合作开发出i f 钢 并已投入批量生产 宝钢i f 钢中d d q 级主要用于代替s t l 4 或s p c e e d d q 级 用于形状复杂的难冲件 可替代进口的s p c e n s d 而s e d d q 级则用于形状极 复杂的难冲件如汽车发动机油底壳等 可代替进口的日本川崎k t u x e d d q 和 s e d d q 级i f 钢可作轿车用电镀锌和热镀锌的基板 在镀锌钢板品种方面 单面热镀锌钢板尚属空白 宝钢只能生产5 0 9 m 2 以下 电镀锌窄板和2 2 9 m 2 的宽面电镀锌板 而汽车用镀锌钢板大部分要求每面镀锌层 重5 0 1 0 0 9 m 2 另外 高强度热镀锌板 r m 3 4 0 m p a 超深冲镀锌板以及宽幅 1 8 5 0 m m 热镀锌钢板也不能生产 无锌花 小锌花热镀锌板还处于研制阶段 上述国内无法生产的品种只能依靠进口 为了减轻车重和提高安全性 近年来汽车用钢板向高强度化发展成为一种趋 势 其中有加磷钢板 低合金钢板 双相钢 b h 钢板等 后两种钢板我国正在 开发中 高强度系列汽车板中 目前国内只能生产3 7 0 m p a 级含磷钢板 4 9 0 m p a 级高强钢板尚处于研制阶段 为进一步满足国内汽车板的需求 宝钢 武钢都计 划在 九五 期间开发完善并形成系列 同时试制以超低碳钢为基础的高强度深冲 钢板 综上所述 在汽车用钢板生产方面 我国现有水平与国外先进水平相比差距 很大 具体总结如下1 1 3 i 1 钢板产量无法满足汽车工业的需求 目前汽车生产 所用的涂镀层的表面板仍主要依赖进口 2 钢板品种和规格达不到引进轿车的 要求 能够自行生产的汽车用钢板品种只能达到需求的1 3 特别是从国外引进 轿车生产线的多样化 使得这一矛盾更为突出 3 钢板质量稳定性差 主要表 现在力学性能和成形性能的不均匀性和波动较大 以及表面质量差 1 3 冷轧板的分类及质量要求 1 3 1 冷轧板的分类 薄钢板按脱氧方式分为 沸腾钢 镇静钢和半镇静钢 按钢种与合金成分分 为 低碳钢 低合金高强度钢 加磷钢 超低碳无间隙原子钢 i f 钢 等 按强度 级别分为 普通强度级和高强度级 按冲压级别分为 商用级 c q 普通冲压级 d q 深冲压级 d d q 和超深冲压级 e d d q 但实际上 现在在综合考虑了脱 氧方式 钢种 强度和冲压级别后 人们对于深冲板的约定俗成的分类为 l9 1 深冲级别钢板 包括沸腾钢制造的普通冲压级别钢板和铝镇静钢制造的 深冲级别钢板 2 高强钢板 包括各种低合金高强度钢板 h s l a 加p 钢板 烘烤硬化 钢板 b h 钢板 双相钢板等 q 3 4 5 a 的冷轧及退火t 艺研究 3 镀层钢板1 包括热镀锌的深冲和深冲高强度板以及各种合金镀层板 4 超低碳深冲钢板 无间隙原子钢板 i f 钢板 超深冲高强度钢板 超深 冲烘烤硬化型钢板等 5 复合钢板 包括轻质夹层复合板和树脂复合减震钢板等 尽管以上的分类方法并不十分科学和严格 但各具特色 它体现了汽车用深 冲板的进步 反映了冲压级别的提高 也反映了现代汽车用材的新的特殊要求 1 3 2 冷轧板的质量要求 通常冷轧汽车板的性能要求如下 2 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 1 4 涟钢深冲板的生产现状 涟源钢铁集团有限公司位于湖南省中部 涟钢白1 9 5 8 年建成投产以来 经过 5 0 年的不断改造发展 已形成了年产钢4 5 0 万吨以上的综合生产能力 经过 十 五 的改造发展 涟钢的工艺装备水平得到大幅度提升 形成了以热轧 冷轧薄板 为主 中 小型棒材为辅 普 特钢结合的产品格局 涟钢自冷轧厂投产以来 从生产普通冷轧板向生产冷轧深冲板方向发展 随着冷轧厂生产的逐渐完善 生 产的冷轧深冲板品种正在不断增加 现已开发和生产的品种有 一般用 c q 级 s t l 2 s p c c d c 0 l 冲压 d q 级s t l 3 s p c d 0 8 a 1 d c 0 3 等汽车用冷轧低碳 深冲钢板和钢带 这些钢板均具有良好的延展性 并且随冲压级别的提高而提高 适用于从简单成形 弯曲或焊接加工直至深冲压成形及复杂加工的汽车零部件的 制作 这三个冲压级别的低碳冷轧板是汽车行业用量最大的钢板品种 主要用于 制作轿车 客车的外覆盖件及内部件 涟钢生产的冷连轧低碳深冲钢板 带 成份控制严格 硫 磷等有害元素含量 低 钢质纯净 加工性能优良 尺寸精度高 其实物质量己基本达到国内同类产 品水平 作为涟钢2 0 0 7 年产品开发的重点项目 d d q 级深冲板研制成功以来 工艺不断完善 性能日趋稳定 d d q 级深冲板是一种高档次冷轧产品 与普通车 硕一1 学位论文 辆板比具有更好的冲压性能 能满足一些具有特定要求的汽车零部件生产 此外涟钢还开发生产了热镀锌板 热镀锌深冲板主要用于车门 翼子板 底 板等大而积冲件 由于汽车外覆盖件除要求良好的耐腐蚀性之外 还要求良好的 涂漆性 所以汽车厂需要小锌花 无锌花或锌铁合金化的热镀锌板 涟钢目前采 用的日本新日铁等公司国际先进设备和技术 主要生产无锌花环保产品 可广泛 应用于建筑 家电等行业的中高档产品领域 1 5 冷轧深冲板生产的工艺流程简介 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 冷轧的压下率 退火温度及时间 平整压下率和 检验方法等等 而这些因素有时彼此互为条件相互影响 错综复杂 表1 2 概述 了在深冲板生产的不同阶段 一些重要因素如何对材料的性能产生影响 2 们 表1 2 生产流程及其对冷轧薄板性能的影响 目前 我国深冲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 1 冶炼工艺 为改善钢板综合性能 特别是成形性能 在冶炼过程中应按如下几点要求控 制成分 q 3 4 5 a 的冷轧及退火i 艺研究 c 含量及其在钢中的存在形式决定着钢的强度和其它性能 c 使强度增加 塑性下降 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 l l1 织构密度下降 r 值下降 特别是当c 3 5 0 m p a r m 5 0 0 m p a r l r m 5 0 7 0 a 2 6 钢卷性能满足冷成 形性能要求 2 完成3 5 0 m p a 级冲压用高强钢冷轧和罩式退火工艺控制相关机理及组织 性能研究 提供冷轧和罩式退火工艺控制参数 硕 学似论文 第2 章实验过程及方法 材料性能由其化学成分和组织结构决定 而组织结构则取决于材料的加工工 艺 本实验材料取自涟钢c s p 条件下生产的q 3 4 5 a 热轧板 在热轧工艺和化学 成分已定的情况下 探讨不同的冷轧压下率 不考虑道次变形量 和不同的退火 温度及保温时间对组织和性能的影响 确定在实验室条件下最佳的冷轧和退火工 艺参数 为工业生产提供参考 2 1 实验材料及设备 2 1 1 实验材料 实验所用的材料为q 3 4 5 a 热轧板 炉号c 5 1 3 8 4 7 钢卷号5 1 0 8 9 2 3 1 1 其 厚度为3 6 m m 化学成分如表2 1 表2 1q 3 4 5 a 的化学成分 2 1 2 实验设备 1 湖南大学喷射沉积技术及应用湖南省重点实验室的0 3 6 0 二辊冷轧机 其具体设备参数如下 轧辊尺寸 0 3 6 0 x 6 0 0 m m 轧制速度 0 4 3 m s 压下速度 0 0 5 m m s 主电机功率 1 3 0 k w 压下电机功率 2 2 k w 2 箱式电阻炉 型号 s x 5 1 2 额定功率 5 k w 额定电压 2 2 0 v 额定温度 1 2 0 0 此外还有l e i t z m m 6 卧式金相显微镜 4 0 1 m v a 显微维氏硬度计 w d w 1 0 0 型微机控制电子万能试验机 r g b t s 6 0 杯突试验机等 q 3 4 5 a 的冷轧及退火 i 艺研究 2 2 冷轧工艺的制定 冷轧坯料在轧制前必须经过酸洗清除氧化铁皮 以保证带钢表面光洁 顺利 地实现冷轧及其后的表面处理 在冷轧过程中 对冷轧冲压钢板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 2 8 l 现在大多数冷轧生产线采用的都是5 道次的冷轧 为了与生产实践相结合 本实验也采用5 道次的冷变形进行轧制 而各道次的压下率则是按照以往生产实 践中总结的规律制定的 具体如下 1 第一道次采用2 5 的压下率 2 9 1 主要是考虑第一道次的压下率受到咬 入条件限制的缘故 因为冷轧用的轧辊都要经磨削加工 光洁度高 加之又采用 润滑剂 摩擦系数小 其次是为了克服冷轧原料或半成品在厚度上的不均匀性等 2 中间各道次可按轧辊能力采用较大的道次压下率 考虑到冷轧带钢在变 形过程中的加工硬化现象 第二道次压下率最大 并依次递减 由于本实验中的 总压下率不同 因此中间各道次的压下率也各不相同 3 最后一道次较小 主要是从控制带钢尺寸精度 平直度等要求出发来考 虑的 为此 将所取热轧板剪成3 6 m m x 2 0 0 m m x 5 0 0 m m 5 0 0 m m 为轧向 用1 8 的盐酸酸洗后 在q 3 6 0 6 0 0 m m 二辊冷轧试验机上经5 道次轧制 设计终轧厚度 为1 4 m m 1 2 m m 1 o m m o 8 m m 其总压下率分别为6 l 6 7 7 2 7 8 其道次压下制度如表2 2 所示 表2 2 轧制工艺参数 2 3 退火工艺的制定 再结晶退火工艺对深冲用冷轧板成品的再结晶组织 有利织构取向和性能有 着重要影响 是保证成品性能的重要工艺环节 q 3 4 5 a 热轧板经过较大压下率冷 轧后位错密度急剧升高 钢板抗拉强度可达9 0 0 m p a 以上 由于冷轧产生的加工 硕 j j 学位论文 硬化只有通过再结晶退火才能消除 冷轧后的组织通过回复 再结晶和晶粒长大 3 个过程 最终获得理想的深冲性能 为了制定合理的再结晶退火制度 进行了 q 3 4 5 a 再结晶规律的研究 采用硬度法测量了钢在室温下 4 0 0 5 0 0 5 6 0 6 0 0 6 6 0 7 0 0 c 退火 保温o 5 h 空冷后的硬度值 得到其再结晶软化曲线 将四种压下率的冷轧试样在s x 5 1 2 箱式可控气氛电阻炉中退火 并通氩气 保护 实验采取两种方案 即同一保温时间 不同保温温度的等时退火工艺如图 2 1 b 所示 同一退火温度 不同保温时间的等温退火工艺如图2 1 a 所示 考虑到5 5 0 c 以下加热速度对a i n 的析出影响不大 故在5 5 0 以下选择较快的 加热速度 而5 5 0 以上则慢速升温 以保证a i n 的充分析出和促进有利织构的 形成 因此 采用了三段式的升温 在4 0 0 以下采用1 0 0 c h 再以5 0 h 加热 到5 5 0 最后以3 0 i l 加热至预定温度 退火加热温度分别为6 8 0 7 0 0 7 2 0 7 5 0 8 0 0 保温时间分别为2 4 8 1 6 h 采用炉冷 其退火工艺如图2 1 所 示 2 4 硬度测试 时间m时f 可肪 冷轧板的i l 歇工艺 a x 2 4 8 1 0 h b y 6 8 0 7 0 0 7 2 0 7 5 0 8 0 0 0 c 图2 1 退火工艺的温度 时间曲线 采用4 0 l m v a 显微维氏硬度计 载荷为2 0 0 k g f 对冷硬板及钢在4 0 0 7 0 0 c 范围内保温0 5 h 空冷后金相试样的中心部位进行维氏硬度测试 每个试样测试5 个点 结果取平均值 2 5 单向拉伸实验 单向拉伸实验可以获得板材在刚度 强度 塑性等方面的力学性能指标 包 括屈服强度r c l 抗拉强度r m 塑性应变比r 等 q 3 4 5 a 的冷轧及退火t 艺研究 现在 单向拉伸实验己经可以采用计算机自动采集和处理数据 降低了测定 结果的人为误差 但实验结果受到实验条件 变形速度 温度等影响 有时会出 现波动 单向拉伸实验的标准为g b t 2 2 8 2 0 0 2 长期以来 人们将板材的一些力学性能作为反映深冲性能的指标 并对他们 和深冲性能之间的关系进行了大量的研究 具体如下 2 5 1 屈服极限 l 许多实验己经证明 3 0 1 钢板的屈服极限r l 反映出其成形后的可成形性能和强 度 r l 过高常常有可能发生过大的回弹 成形时容易破断 由于塑性不良而产 生缺陷 以及造成模具磨损过快的现象 而屈服极限r l 小 材料则容易屈服 成形后回弹小 粘模性和定形性较好 2 5 2 屈强比r e l r m 屈强比 l r m 对板料冲压成形性能影响较大 一般认为 3 屈强比越小 材 料的可靠性越高 无论是伸长类形或压缩类形 屈服强度r l 越低 材料失稳起 皱的趋势也就越小 同时 r l 的降低可以相应的减小张紧毛坯的拉力 从而减 小毛坯拉断的可能性 提高变形过程的稳定性 而抗拉强度r m 的提高 则增强 了传力区的抗拉能力 所以说 屈强比r l r m 愈小 板料由屈服到破裂的塑性变 形阶段愈长 成形极限愈高 愈有利于冲压成形 一般来讲 较小的屈强比对板 料在各种成形工艺中的抗破裂性都有利 2 5 3 延伸率a 有资料认为 3 2 1 拉伸实验时 试样断裂后测得的延伸率是常用的塑性指标 此指标多用于生产检验和材质的研究领域 一般来讲 均匀延伸率a 和总延伸率 a t 越大 板料允许的塑性变形程度也越大 抗破裂性较好 还有资料表明 延伸 率大时 扩孔性能和 拉伸 胀形 复合成形也好 2 5 4 塑性应变比r 值 r 值 3 3 1 是对深冲板性能进行评价极为重要的参数 指的是拉伸试验时 宽度 方向的应变和厚度方向的应变的比值 根据测得的b o b l o l 可按下列公式 计算出 r e b e l g b b o l g a a o 公式 2 1 式中a o b o 是原始的厚度和宽度 a b 表示瞬时的厚度和宽度 由于板件厚 度不均匀及拉仲后粗糙度增加 影响测量精度 可根据体积不变条件 即用下式 求r 值 r l g b o b l g l b l o b o 公式 2 2 硕卜学位论文 式中l 0 l 是原始和瞬时的标距 r 值是板料抵抗变薄能力的度量 r 值大表 示材料不易在厚向发展变形 即不易变薄或变厚 具有良好的拉深成形性能 r 值越小 板料厚向变形越容易 即越易变薄或增厚 r l 表示材料不存在厚向异性 3 4 1 由于r 值往往随板料的方向而变化 因此通常需要测定平均的r 值 即 厂 r 0 r 9 0 2 r 4 5 4 公式 2 3 下标0 4 5 9 0 表示单向拉伸件的取向与板料轧制方向的夹角 如图2 2 3 4 1 图2 2 单向拉伸试件的取向与板料轧向的夹角 r 值的实验标准为g b 5 0 2 7 8 5 按照中华人民共和国国家标准 金属材料室温拉伸试验方法 g b t 2 2 8 2 0 0 2 的要求 将q 3 4 5 a 热轧板 冷轧板及退火板沿与轧制方向成0 0 4 5 0 9 0 0 的方向 加工成标准比例试样 如图2 3 每个方向取三个样 在w d w 1 0 0 型微机控制 电子万能试验机上进行测试 拉伸速度恒定为l m m m i n r l r m r l r m a r 等的数值取其与轧向成o o 4 5 和9 0 的方向试验数值的加权平均值 加权平均 值的计算公式为x x o 2 x 4 5 0 i x 9 0 4 r 的测定水平为1 5 的工程应变 b 图2 3 a 热轧板室温拉伸试样 b 冷轧和退火板室温拉伸试样 q 3 4 5 a 的冷轧及退火tz 研究 2 6 杯突试验 杯突实验是最早也是应用的最广的评价板材成形性能的实验方法 测量试件 破裂时的最大成形深度为杯突值i e m m 实验标准为g b 4 15 6 8 4 本实验用于评估板材的拉胀性能 是模拟钢板受双轴向应力的应变状态 实 验按图2 4 所示进行 实验时 用2 0 m m 宝钢规定 球形凸模 压入夹紧在凹模与 压边幽间的毛料 使之称为半球鼓包 直到毛料底部出现能透光的裂缝为止 而 以此时凸模的压入深度作为指标 称之为i e 值 杯突值 i e 值与成形性 i e 值愈高 说明钢板的拉胀性能愈好 在国内对r 值 1 1 值 供方难以提供 需方无法复查的情况下 使用i e 值作为评定钢板成形性能的主要 指标 但在杯突实验中 人为地观看透光裂缝出现来确定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 为正确利用机械性能指标去评定钢板 的可成形性 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可 成形性能 加载 一比 感嚣 匦 图2 4 杯突试验 将不同退火工艺条件下的退火板按照g b 4 1 5 6 8 4 金属杯突试验方法 制成 标准杯突试样 9 0 m m x 2 7 0 m m 并在r g b t s 6 0 杯突试验机上进行试验 夹紧 力恒定为l o k n 得到相应的杯突值深度i e 取三点平均值 2 7 微观组织 2 7 1 金相组织 材料的金相试样分别取自热轧态 冷轧态和退火态 试样经砂纸逐级打磨后 进行机械抛光 用3 5 的硝酸酒精溶液腐蚀约1 5 s 在l e i t z m m 6 卧式金相显 微镜下观察组织 2 7 2s e m 组织 按照金相试样的制样方法制备扫描试样 在f e iq u a n t a2 0 0 环境扫描电镜 下 配备e d s 能谱仪 加速电压2 0 k v 观察珠光体 渗碳体及二相粒子的形态 和分布情况 硕一i 学位论文 第3 章冷轧工艺对q 3 4 5 a 组织和性能的影响 在冷轧过程中 总压下率是影响冲压用钢组织与性能的最主要因素 它不但 为随后的退火工艺提供组织和织构基础 影响再结晶晶粒大小 而且对n r 的作 用更加显著 曾有学者对冷轧压下率与冷轧冲压钢板r 值的关系进行过一些研究 1 3 5 1 研究表明 采用罩式退火工艺生产的冲压钢板 根据含碳量的不同 其获得 高r 值的最佳冷轧压下率为 低碳钢约为7 0 微碳钢约为8 0 超低碳钢约为 9 0 因此 冷轧压下率的选择对钢板的最终性能的影响很大 本章探讨了不同 的冷轧压下率对试验钢微观组织 力学性能 r 值和杯突值的影响 以便确定最 佳的冷轧压下率 3 1 冷轧前后的组织和性能比较 3 1 1 力学性能比较 q 3 4 5 a 热轧板力学性能如表3 1 由表可知 其平均屈强比为o 6 9 综合力 学性能较为优良 符合q 3 4 5 a 的机械性能指标 即屈服强度凡l 3 4 5 m p a 抗拉 强度r m 在4 7 0 6 3 0 m p a 之间 且伸长率a 2 1 平行于轧向 0 0 方向 试样的 屈服强度和抗拉强度最低 延伸率最高 垂直于轧向 9 0 0 方向 试样的屈服强 度和抗拉强度最高 而延伸率最低 热轧板的力学性能趋向于各向同性 但存在 一定的各向异性 表3 iq 3 4 5 a 热轧板力学性能 当经历总变形量为6 l 的冷轧后 即从3 6 m m 轧制成1 4 m m 得到的薄板的 力学性能如表3 2 由表3 2 可知 冷轧后 材料的平均屈服强度从3 9 3 m p a 增大 至8 9 6 m p a 平均抗拉强度从5 7 l m p a 增大至9 6 9 m p a 平均屈强比从0 6 9 增大至 0 9 2 平均延伸牢则从3 4 1 下降到仅为6 9 强度和屈强比迅速增加 而延伸 率下降得很快 带钢的综合性能恶劣 因此必须通过后续的热处理工艺改善冷轧 薄