成分对超低碳高强度烘烤硬化钢板性能的影响.

1、成分对超低碳高强度烘烤硬化钢板性能的影响关小军 潘伟周家成 王作成 朱学军摘要研究了 P、Ti、C、N 等元素对超低碳高强度烘烤硬化(BH)钢板 的强度、塑性和烘烤硬化值的影响，结果可见， C 0.004%, N 0.0047%, P 0.094%，Ti 0.017%的钢板具有较好的综合性能。关键词 Ti 钢板烘烤硬化Effect of Composition on Properties of Extra Low- Carbonand High Strength Bake Hardening Sheet SteelGuan Xiaojun, Pan Wei, Zhou Jiajua n and

2、 Wang Zuoche ng(College of Material Science and Tech no logy, Shandong Uni versity ofTech no logy, Jinan 250061)Zhu Xuega ng(Wuha n Iron and Steel Compa ny)Abstract The effect of P,Ti,C and N on the strength, plasticity and bake hardening value of extra low carb on and high stre ngth bake harde ning

3、 sheet steelhas been studied. The testing results show that the C 0.0040% N 0.0047% P 0.094% Ti 0.017% steel plate has excelle nt comprehe nsive properties.Material Index Ti, Sheet Steel, Bake harde ning超低碳高强度烘烤硬化钢板(简称 ELC- BH 钢板)系第 3 代汽车冲压 钢板品种之一，是在超低碳钢(CW0.005%, N1.7,厂0.21)，在铁素体中保留一定量的固溶 C原子，可使退火钢

4、板经冲压成形和烤漆处理后得以硬化(BH=3 旷 50MPa),同时添加相应量的 P 进行固溶强化，进一步提高强度水平(7 b340MPa。该钢板是用做轿车车身覆盖件的理想材料，具有广泛的应用前景：。近 几年国际上开发了 Ti 处理的 ELC BH钢板， 与传统 Nb处理和 Nb+Ti处 理的 ELC BH钢板在成分设计和工艺控制上有所不同，成分设计，采用 Ti 来固定钢中的 N 和部分的 C,在钢中保留一定量固溶 C 原子。在工艺 控制上，由于退火前的工艺过程中一定量的固溶 C 原子始终存在于钢中， 不象传统的 ELC BH 钢板那样需要高温退火和快速冷却，简化了退火工 艺，为实现在线生产热镀

5、锌板提供了可行性：刀o1 试验材料与方法试验用钢由实验室 50 kg 真空感应炉熔炼，化学成分见表 1。表中No.2 钢的 Ti 含量高于 No.1 钢，No.3 钢的 Ti 含量最高且加入了微量的 微合金化元素 Nbo表 1 试验钢板的化学成分/%Table 1Chemical compositi ons of testi ng sheet steel/%No.CNSSiMnPAlsTiNb1 0.0046 0.0050 0.0039 0.054 0.19 0.130v0.005 0.0102 0.0040 0.0047 0.0038 0.039 0.24 0.094v0.0050.。173

6、 0.0041 0.0046 0.0044 0.017 0.14 0.067v0.005 0.0350.006试验钢浇铸成 30 kg 的钢锭，经锻造、热轧至 5 mn 厚的热轧板。终 轧温度 No.1钢为 840C,其余为 900C,热轧压下率约为 84%热轧 板冷至 720C时，放入同样温度的加热炉中保温 2 h 后，敞开炉门随炉 冷却，以模拟现场卷取条件。热轧卷取后的板坯经酸洗、焊接后，冷轧 至厚度为 1.0 mm 勺薄板，再模拟实际生产中的罩式炉退火。具体过程为： 将冷轧后的钢板截成 800 mm 长，入炉加热，均热温度 720C,保温 4 h， 取出空冷，冷却速度为 6C/s。试验钢

7、板的性能测试，采用单向拉伸试验并在Instron -1185 材料试验机上进行，横向取样，值和值按国标 GB502-85 和国标 GB5028 -85 测定，实测以拉伸变形 15%寸的对应值为准。烘烤硬化值 BH 由预变 形为 2%寸所对应的流变应力与随后经 170C、20 min 烘烤而再次拉伸 时的屈服应力的差值而定。2 试验结果试验钢板的性能和金相组织见表 2 和图 1。可以看出，No.1 板强度和 BH 值最高，塑性最差且 值最低；No.2 板比 No.3 板有很理想的 BH 值，塑性较好且值较高，强度差别不大。No.2 板具有最好的综合性能。表 2 试验钢板的性能Table 2Pro

8、perties of test ing sheet steelNo.(Ts/MPaTb/MPaS50/%n20r20rBH 值/MPa1 265375380.2521.531 0.831732 235350/41.5 0.2661.902 0.632483 225340 39.5 0.2601.831 0.2466C固溶=C (Ti 3.42N)/4 Nb/7.7图 1 试验钢板的退火组织(a) No.1 板 Ti 0.010%; (b) No.2 板 Ti 0.017%; (c) No.3 板 Ti 0.035% Fig.1Ann eali ng structure of testi ng

9、sheet steel(a) No.1, Ti 0.010%; (b) No.2, Ti 0.017%; (c) No.3, Ti 0.035%图 1 中 No.1 板和 No.2 板具有平均晶粒大小相似的晶粒组织，差别 在于No.1 板中晶粒的均匀程度比 No.2 板稍差，No.3 板组织与另两种实 验钢板组织相比晶粒明显细小。3 讨论3.1强度与塑性变化的原因试验钢板的强度和塑性变化与磷含量和晶粒组织状态有关。磷含量 越多，固溶强化作用越大，使塑性变差的影响也越强。晶粒越细小且不 均匀强度越大，强度增加和塑性减弱的趋势越强。No.1 板中含磷量最高， 而且两相区终轧产生的混晶组织在一定程度

10、上保留在退火组织中，导致 了该板的强度最高，塑性最差。No.3 板中细小晶粒的退火组织弥补了含 磷量较少的影响，使其强度与 No.2板相似，且塑性有所损害。3.2烘烤硬化值变化的原因ELO BH 钢板的烘烤硬化性实质上是固溶 C 原子存在的宏观反映。 钢板中C 原子数量越多，则 BH 值越高:1。为便于比较试验钢板中固溶 C N 原子数量，假定：钢板中 Ti 原子只与 N、C 原子结合而形成 TiN、TiC 等二相粒子，且TiN 在 TiC 之前析出；由于钢板中 Als 含量很低，可 以认为无 AlN 二相粒子形成；钢板中 Nb 原子在 TiC 析出后才与 C 原子 结合而形成 NbC 由此，

11、可采用下式估算钢板中固溶 C、N 原子含量（）: 式中，C、N、Ti 分别表示钢板中 C、N、Ti 元素的含量()。当由(1)式 计算得到的 N固溶W0,表明 N 原子全部被固定，可再采用(2)式估算钢板 中固溶 C 原子含量。按上述两式估算试验钢板中固溶 C N 原子含量如表 3 所示。表 3 试验钢板中固溶 C、N 的含量/%Table 3 Content of solid solution C and N in testing sheet steel/%No.NC备注1 0.00210.0046 存在 C、N 原子200.0038只存在 C 原子300无间隙原子存在可见，No.1 板中不

12、仅 C 原子全部未被固定，而且部分 N 原子也未被 固定，间隙原子数量最多，因而 BH 值最高。No.3 板不存在间隙原子， BH 值很小，可谓无烘烤硬化性能。No.2 板中存在部分固溶 C 原子，BH 值较理想。实际上，BH 值过高，室温时效性恶化，因此，过高BH 值的No.1 板并不能满足实际的性能需求， 只有 No.2 板才是性能合乎要求 的 ELC-BH 钢板。如图 2 所示，试验钢热轧卷取板的 BH 值具有与退火板相同的变化规 律且数值较高(No.1 除外)， 表明热轧卷取板中固溶 C 原子数量基本保留 至退火板中，冷轧和退火工艺对 Ti 处理的 ELC- BH 钢板的烘烤硬化性影

13、响不大，而成分和热轧工艺才是重要的影响因素，其中冶炼、浇注之后 钢的成分更是起到关键作用。正是基于这一原因，Ti 处理的 ELC- BH 钢板可采用罩式炉，而无需采用高温均热和随后快速冷却的连续退火来生 产。因此，合理控制 Ti 的加入量是决定 ELC- BH 钢板是否具有理想烘烤 硬化性能的关键。图 2 热轧卷取板和退火板的 BH 值对比Fgi.2Comparis on of bake harde ning value of hot rolli ng coiledsheet and ann eali ng sheet3.3值变化的原因平均塑性应变比值是衡量钢板深冲性能优劣的主要参数。它与钢

14、板中有利织构（即111织构）与不利织构（即100）的强度之比有关。有 利N固溶=N- Ti/3.42(1)织构愈强，不利织构愈弱，值愈高。织构的发展取决于钢板成分及其生产工艺参数的选择，正是它们的变化导致了组织结构的不同，从而 影响了织构的发展。No.1 板中高的间隙原子和磷含量以及两相区终轧形 成的混晶组织是造成它的 r 值最低的根本原因。与 No.3 板相比，No.2 板中较高的固溶 C 原子和磷含量对值有较大的不利影响，但是它的擦 值却稍高。从 No.3 板退火组织的晶粒细小可推断，其再结晶退火没有充 分进行，这可能是引起它的值降低的原因。4 结论（1）微合金化元素 Ti 和 P 的加入量是决定 Ti 处理的 ELC- BH 钢板 性能是否合乎要求的关键因素，在一定范围内，合理控制它们的加入量 是必要的。热轧终轧温度对该板的组织和性能也有一定影响。P 加入越多，强度越高，塑性和深冲性能越差。 Ti 加入过多， 可改善深冲性能，但得不到烘烤硬化性能；Ti 加入过少，深冲性能恶化， 烘烤硬化性能过强。作者简介：关小军，男，47 岁，教授。1980 年毕业于包头钢铁学院冶金 机