浅析金属学因素对冷轧薄板机械性能的影响

浅析金属学因素对冷轧薄板机械性能的影响钢板机械性能的好坏是保证其加工成形的基本条件。目前冶金生产的目标是满足用户的特殊使用要求，除传统的机械性能外，还考虑成形性、点焊性、疲劳强度、涂漆耐腐蚀性和经济性等等。为了使材料获得综合的或某一方面突出的性能，往往需要从成份设计、冶炼时的成份控制、热轧时工艺参数的控制、冷轧时工艺参数和后续处理工艺参数的调整等方面综合考虑。成份设计成份是钢板性能优劣的基础，不同的成份对钢板性能的影响不同。钢中主要元素有C、N、Al、O、P、Mn、Si、Ti、Nb等等。C是钢中最一般的强化元素，它使钢板强度增加而塑性下降。C以固溶形式影响有利织构，固溶碳含量越低，有利织构越强(即｛111｝织构密度大)，同时因为固溶碳含量的降低可缓解时效问题。时效是指钢板在室温下放置一段时间，固溶的碳、氮原子扩散造成对位错线的钉扎作用，使应力应变曲线重新出现屈服效应的现象。冲压用钢板要求低屈服强度和高延伸率，因此需采用含碳量低的钢。低碳钢含碳量约0.04%，半超低碳钢含碳量约0.02~0.01%，超低碳钢含碳量约0.002%。N与C的作用相同，主要造成屈服效应和应变时效，另外还形成不利夹杂物，因此冲压钢板要尽量降低N含量。另一方面，N和Al形成的AlN化合物能改善晶粒度，促进有利织构的形成和发展。P对钢是一种有害元素，会增加钢的脆性。但是P又是提高钢板强度的最有效元素，在低碳钢中适当添加P可生产成形性优良的深冲高强钢。在低碳钢中加入足够量的Ti或Nb使钢中固溶的间隙原子C和N完全被固定成碳氮化合物Ti(CN)或Nb(CN)而钢中无间隙固溶原子存在，这种钢称为无间隙原子钢(IF钢)。IF钢是一种优质深冲无时效钢。炼钢时的成份控制根据成份设计，在炼钢时进行成份控制，主要是控制钢的纯度，减少夹杂物。一般用平炉和转炉生产，转炉使用更多。近年来发展的RH真空脱气技术可有效脱去钢中的氧和碳，并进行精确的成份控制，大大提高深冲性，还能生产超低碳钢。热轧时工艺参数的控制根据最终产品的性能要求，对热轧板的组织和析出物进行有效控制。一般认为热轧的终轧温度和卷取温度对产品性能影响最大。对低碳铝镇静钢而言，在Ar3以上尽可能高的温度轧制使AlN固溶，而固溶的AlN使晶粒易于长大，同时采用高温卷取，使AlN析出并在连续退火过程中起到改善晶粒度、软化钢板的作用。若采用罩式炉生产，则要低温卷取，防止AlN析出，AlN将在罩式炉退火的缓慢加热中的某个适当温度范围内析出以促进有利织构的形成和抑制不利织构。冷轧时工艺参数的调整冷轧工艺方面的控制主要是对不同材料的冷轧压下率控制以求得到高的r值，一般认为板面为｛111｝取向时r值最高。冷轧变形的结果造成晶粒的择优取向，不同的压下率对r值影响不同，铝镇静钢为75%左右，IF钢更高。连续退火工艺参数的调整冷轧板退火的目的主要是使其冷加工组织软化和再结晶。传统的罩式炉退火在许多方面已经不能满足生产的需要，因此连续退火得到越来越广泛的应用，最突出的是生产冲压钢板。早期用连续退火生产的冷轧板与用罩式炉生产的冷轧板相比，虽然板形好，性能均匀，但材质较硬，不适于冲压。这主要是由于原来的连续退火快速加热造成晶粒细化，快速冷却钢板内固溶碳未能充分析出，产生时效硬化的结果。当今的连续退火技术结合炼钢和热轧新技术能够生产各种等级的冲压钢板。其基本生产过程和典型机械性能分别见表1和表2。表1基本生产过程原材料低碳钢(LC)超低碳钢(ULC)转炉炼钢C0.040.05(铝镇静钢)C0.03RH真空脱气C0.025C0.002连铸C0.0025热轧高温卷取650℃生产SEDDQ采用高温卷取生产DQ~DDQ采用低温卷取冷轧高压下率73%连续退火快冷，过时效高温退火表2典型机械性能YSTSELRAIDQLC210310441.434ULC185305451.70SEDDQULC130295522.20用低碳钢生产冲压板，通过炉外精炼严格控制钢的化学成份，并进行热轧高温卷取(卷取温度700~750℃，比传统卷取温度高100~150℃)使铁素体晶粒和碳化物粗大，在连续退火时采用快速冷却(冷却速度10~2000℃/s)提高固溶碳的过饱和度，增加碳的析出动力，然后在400℃左右保温2分钟进行过时效处理，使固溶碳析出。用超低碳钢生产深冲钢板，采用高温退火使冷轧变形组织回复再结晶，并使晶粒长大。由于超低碳钢含碳量极低，且被Ti和Nb固溶，是无时效钢，因此对冷却没有要求，热处理周期简单。用低碳钢和超低碳钢生产的典型热处理周期分别见图1和图2。度加热均热缓冷快冷过时效终冷温时间再结晶和固溶碳析出晶粒长大控制织构和组织控制固溶碳含量及碳化物分布图1低碳钢生产的热处理曲线度加热均热冷却温时间再结晶和晶粒长大图2超低碳钢生产的热处理曲线