冷軋沖壓用鋼SPHC熱軋工藝研究

王靜 李長春 田海濤 陳煜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

冷軋沖壓用鋼SPHC熱軋工藝研究

王靜 李長春 田海濤 陳煜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

SPHC作為冷軋沖壓用鋼的原料，要求良好的沖壓成型性，拉伸和彎曲性能以及較低的屈服強(qiáng)度，主要通過控制AlN在熱軋過程中的固溶和析出，在隨后的退火再結(jié)晶過程中促進(jìn)γ纖維織構(gòu)(＜111＞∥ND)的發(fā)展從而獲得良好的沖壓性能。退火工藝不同，熱軋工藝也有所不同，對罩式退火，采用“三高一低”溫度制度，對于連續(xù)退火，則采取低溫加熱、高溫終軋以及高溫卷取的工藝制度。

SPHC 冷軋 織構(gòu)

0 前言

SPHC作為冷軋基料主要用于制造加工易成型、強(qiáng)度要求不高的部件，所以要求其具有良好的沖壓成形性、拉伸和彎曲性能。但要獲得良好的成形性，其主要衡量性能好壞的指標(biāo)是塑性應(yīng)變比r值，冷軋退火后{111}織構(gòu)越強(qiáng)，r值越大［1］，通過熱軋、冷軋以及退火過程中對第二相AlN粒子的析出的控制可促進(jìn){111}織構(gòu)的發(fā)展。安鋼1780 mm熱連軋開發(fā)SPHC品種應(yīng)用于冷軋，冷軋成品組織出現(xiàn)大量的鏈狀游離滲碳體，滲碳體組織來源于熱軋組織中的珠光體和部分鐵素體晶界上的三次滲碳體，而熱軋工藝決定了熱軋組織，其組織也會遺傳或影響冷軋產(chǎn)品性能，因此對冷軋基料SPHC熱軋工藝研究具有重要意義。

1 SPHC熱軋及冷軋退火組織分析

SPHC熱軋帶鋼組織為多邊形鐵素體加少量分布在鐵素體晶界處珠光體，如圖1所示。鋼板1/4處晶粒度9級，邊部為6.5～7級，晶粒度低于中心約2～2.5個(gè)級別，邊部存在嚴(yán)重混晶現(xiàn)象。這主要是因?yàn)闊彳堖^程中寬度方向上溫度不均，邊部溫降快，在精軋軋制過程中邊部進(jìn)入兩相區(qū)軋制，相變后由形變奧氏體轉(zhuǎn)變的鐵素體晶粒細(xì)小、等軸，而先共析鐵素體晶粒被拉長，晶粒內(nèi)位錯(cuò)密度升高，產(chǎn)生回復(fù)，形成亞結(jié)構(gòu)。相變完成后，先共析鐵素體晶粒內(nèi)部存在大量的畸變能，同時(shí)，晶界拉長，晶界比面積增加，晶界能較高，為降低體系界面能，將自發(fā)發(fā)生晶界遷移，大晶粒吞并小晶粒而長大［2］，這樣先共析鐵素體就會吞并由形變奧氏體轉(zhuǎn)變的細(xì)小鐵素體，從而造成混晶組織。

圖1 SPHC熱軋板鋼板組織形貌

SPHC鋼的冷軋組織為變形鐵素體和沿晶界分布的珠光體，如圖2所示。罩式退火板組織為再結(jié)晶鐵素體，呈餅形(長軸/短軸＞2)，較大的餅形晶粒對深沖性能是有利的;圖中黑色點(diǎn)狀物為游離滲碳體，這種點(diǎn)狀分布的游離滲碳體是冷軋退火后形成。這種滲碳體來自于熱軋組織中的珠光體和部分鐵素體晶界上的三次滲碳體。據(jù)研究表明［3］，熱軋后的組織越細(xì)小均勻，冷軋后組織越細(xì)小，破碎程度大，儲能越高，退火后組織晶粒尺寸越大，再結(jié)晶織構(gòu)越易發(fā)展。因此，獲得均勻的熱軋組織是獲得優(yōu)良冷軋成品組織的關(guān)鍵。

圖2 SPHC鋼冷軋板及退火成品組織形貌

2 SPHC熱軋過程工藝研究

熱軋過程中SPHC的材料組織主要發(fā)生第二相AlN粒子的固溶和析出、奧氏體的形變和再結(jié)晶、γ→α相變。熱軋工藝主要圍繞AlN的固溶與析出來制定。其主要工藝參數(shù)包括加熱溫度、終軋溫度和卷取溫度。

2.1 加熱溫度的影響

在傳統(tǒng)熱連軋生產(chǎn)中，因鑄坯冷卻速度慢，到室溫時(shí)鑄坯中的Als大部分以AlN的形式沉淀析出，并以相對集中、粗大的形態(tài)存在。對于罩式退火工藝，熱軋加熱過程就是將鑄坯中粗大的AlN粒子重新固溶到鋼中，便于退火再結(jié)晶前細(xì)小析出。加熱溫度的制定與C、N、Al的含量有關(guān)，由固溶度積計(jì)算得出。加熱溫度越高，AlN粒子溶解的越細(xì)小、彌散。對連續(xù)退火工藝，則應(yīng)避免AlN粒子重新固溶回鋼中，保持AlN粒子的粗大形態(tài)，防止退火再結(jié)晶時(shí)阻礙晶粒長大，并產(chǎn)生不利織構(gòu)，因此在軋機(jī)設(shè)備允許范圍內(nèi)加熱溫度應(yīng)盡量低，但應(yīng)保證必須的終軋溫度。

2.2 終軋溫度對熱軋組織的影響

許多研究表明，低碳鋼的熱軋帶組織與終軋溫度密切相關(guān)，高的終軋溫度對后序工藝中AlN的析出、理想的晶粒尺寸以及有利的沖壓織構(gòu)都是有好處的。對兩種不同熱軋終軋溫度(860℃和890℃)和相同卷取溫度下得到的SPHC鋼板熱軋組織和性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，如圖3所示。

圖3 不同終軋溫度下金相組織

在890℃終軋時(shí)，組織等軸、均勻，力學(xué)性能好;而在860℃終軋時(shí)，組織不均勻，織構(gòu)特征差。這是因?yàn)榻K軋溫度低時(shí)，帶鋼在終軋時(shí)進(jìn)入兩相區(qū)軋制，這樣由形變奧氏體相變后鐵素體和先共析鐵素體得到的晶粒大小不同造成熱軋帶鋼后出現(xiàn)混晶組織;但終軋溫度高，產(chǎn)品晶粒尺寸減小，SPHC屈服平臺增長，開卷后易出現(xiàn)腰折。因此，終軋溫度應(yīng)稍高于Ar3溫度。

2.3 卷取溫度的影響

不同卷取溫度下得到的冷軋罩式退火板性能的影響如圖4所示。

圖4 卷取溫度對屈強(qiáng)比和延伸率的影響

圖4表明，隨卷取溫度的降低，冷軋退火板成品屈強(qiáng)比性能逐漸降低，延伸性能逐漸增大，較低的卷取溫度得到冷軋退火組織為明顯的餅形晶粒組織，從而得到較強(qiáng)的{111}織構(gòu)。這是因?yàn)榈蜏鼐砣。叩睦鋮s速率使AlN粒子在冷卻過程中來不及析出［4］，并在熱軋板中保持固溶狀態(tài)，在罩式退火緩慢升溫過程中AlN在亞晶界上細(xì)小析出，使{111}晶核消除受限的{100}亞晶而長大，得到較大的餅形晶粒［5］，從而得到較強(qiáng)的{111}織構(gòu)，有利于鋼板的深沖性能。資料顯示［6］，AlN在800℃開始析出，600℃下幾乎不析出，因此對罩式退火工藝，卷取溫度應(yīng)低于600℃。如果卷取溫度過高，滲碳體容易在晶界析出，而且較為粗大，在再結(jié)晶罩式退火過程中慢的加熱速度，將促使粗大的碳化物溶解并擴(kuò)散到鐵素體基體中，之后鐵素體才發(fā)生再結(jié)晶，再結(jié)晶晶粒細(xì)小，且碳化物周圍的再結(jié)晶晶粒易于長大，產(chǎn)生不利織構(gòu)。

對于連續(xù)退火工藝，由于加熱速度快，保溫時(shí)間短，與罩式退火工藝區(qū)別較大，一般采用高溫卷取(700℃ ～750℃)，由于高溫卷取，鋼中鐵素體晶粒粗大，碳化物以及第二相粒子AlN因聚集而粗化，因連續(xù)退火加熱速度快，粗大的碳化物來不及溶解與擴(kuò)散，鐵素體即發(fā)生再結(jié)晶，同時(shí)由于再結(jié)晶時(shí)間短，碳化物周圍的再結(jié)晶晶粒不易長大，易形成有利織構(gòu)。

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 熱軋工藝的制定

安鋼冷軋基料SPHC產(chǎn)品冷軋后多采用罩式退火工藝，要求熱軋過程控制AlN析出，其原理是在鑄坯加熱階段使AlN粒子完全溶解在鋼中，最好將這一狀態(tài)保留到終軋道次，然后快速冷卻使AlN粒子來不及析出，低溫卷取后AlN便以過飽和狀態(tài)固溶在鋼中，以便在冷軋板罩式退火的慢速升溫或低溫段保溫過程中AlN選擇析出從而有利于{111}織構(gòu)的形成。因此，熱軋工藝宜采用“三高一低”的溫度制度。

根據(jù)SPHC的成分體系，已知AlN溶解溫度約為1100℃［7］，AlN的溶解度曲線如圖5所示。以此為依據(jù)，SPHC的開軋溫度不能低于1100℃，加熱溫度控制在1200℃ ～1260℃。同時(shí)，為防止因終軋溫度過低造成終軋兩相區(qū)軋制而造成混晶組織，以及卷取過程中AlN析出使冷軋退火后r值過低，安鋼冷軋基料SPHC鋼終軋溫度目標(biāo)為890℃，卷取溫度目標(biāo)為600℃。

圖5 AlN的溶解溫度曲線

3.2 熱軋和冷軋退火板組織性能分析

該軋制工藝下熱軋產(chǎn)品金相顯微組織為等軸鐵素體加少量珠光體，晶粒度8.5～9級，熱軋產(chǎn)品縱橫向性能見表1。

表1 熱軋產(chǎn)品縱橫向性能比較

由表1可以看出，三個(gè)方向上屈服強(qiáng)度差值15 MPa以內(nèi)，組織性能均勻，45°方向上屈強(qiáng)比較低，延伸性能好。

改進(jìn)熱軋工藝后的熱軋帶鋼在相同冷軋退火工藝下得到的退火板產(chǎn)品金相組織為鐵素體餅形晶粒，基體上無規(guī)則分布點(diǎn)狀滲碳體，比較高溫卷取工藝下得到的滲碳體數(shù)量少，并且尺寸小，產(chǎn)品晶粒度9級，產(chǎn)品性能好，塑性應(yīng)變比r值達(dá)1.6以上，具有良好的深沖性能，該工藝產(chǎn)品得到冷軋工序用戶的一致認(rèn)可。SPHC冷軋退火后產(chǎn)品金相組織如圖6所示。

圖6 SPHC冷軋退火后產(chǎn)品金相組織

4 結(jié)論

1)熱軋板組織為鐵素體+少量珠光體，冷軋退火板中的游離滲碳體與熱軋板組織密切相關(guān)，熱軋后的組織越均勻，冷軋后組織越細(xì)小均勻，儲能越高，退火后組織晶粒尺寸越大，再結(jié)晶織構(gòu)越易發(fā)展。因此，獲得均勻的熱軋組織是獲得優(yōu)良冷軋成品組織性能的關(guān)鍵。

2)熱軋過程主要控制AlN的固溶和析出而促進(jìn)退火工藝中{111}織構(gòu)的發(fā)展，提高深沖性能。退火工藝不同，AlN粒子的固溶和析出行為不同。對于罩式退火，高加熱溫度使AlN粒子固溶，低溫卷取控制其析出，保持固溶狀態(tài);對于連續(xù)退火，低加熱溫度和高溫卷取都是為了使AlN聚集粗化，避免在連續(xù)退火過程中阻礙再結(jié)晶晶粒長大而影響性能。

3)冷軋后無論是罩式退火還是連續(xù)退火工藝，采用高的終軋溫度，都是獲得均勻熱軋組織的關(guān)鍵。避免出現(xiàn)混晶組織，從而有利于產(chǎn)品沖壓性能的提高。

［1］ 胡恒法，裴新華.熱軋薄板沖壓性能研究.軋鋼，2004，21(3):4－7.

［2］ 石德珂.材料科學(xué)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011:132－133.

［3］ 佟強(qiáng).鋼板深沖性能的實(shí)驗(yàn)研究.［碩士論文］.沈陽:東北大學(xué)，2003.

［4］ 杜昕，康永林，關(guān)建東.冷軋總變形量、卷取溫度對SPHC鋼力學(xué)性能的影響.山東冶金，2008，30(2):46 －48.

［5］ 陳磊.CSP和傳統(tǒng)熱連軋生產(chǎn)的冷軋深沖板性能研究.［碩士論文］.武漢:武漢科技大學(xué)，2011.

［6］ 黃杰，徐洲.微合金鋼碳、氮化物平衡析出溫度的迭代計(jì)算.上海金屬，2005，27(3):9 －12.

［7］ 劉清友，梁小愷，王雪蓮，等.薄板坯連鑄連軋流程低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼組織細(xì)化的原因.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2005，17:91－95.

STUDY ON HOT ROLLING PROCESS OF SPHC COLD STAMPING STEEL

Wang Jing Li Changchun Tian Haitao Chen Yu

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

SPHC for cold stamping requires good formability，tensile and bending properties，as well as lower yield stress.Good formability can be achieved through controlling AlN solid solution and precipitation during hot rolling，promoting theγfiber texture(＜111＞∥ND)development in the subsequent annealing recrystallization.Different annealing process requires different hot rolling process e.g.the three high and one low temperature system for batch annealing and the low heating，high － temperature finishing rolling and coiling process system for continuous annealing.

SPHC cold rolling texture

*

聯(lián)系人:李長春，高級工程師，副廠長，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠;

2012—3—4