連續退火時間對SPCC冷軋鋼板性能的影響

張志明，王志華

連續退火時間對SPCC冷軋鋼板性能的影響

張志明1，王志華2

(1.山西焦煤集團 新產業發展局，山西 太原 030024;2.天津理工大學材料學院，天津 300191)

在實驗室條件下，利用GLEEBLE 3500熱模擬實驗機對SPCC冷軋鋼板進行了連續退火工藝實驗，并研究分析了顯微組織和力學性能。試驗結果表明，退火時間對顯微硬度有較大的影響。當溫度較低時(680℃)，隨著退火時間的延長，顯微硬度下降;當在較高溫度退火時，隨著退火時間的延長，顯微硬度增加;退火時間對塑性也有較大的影響，隨著退火時間的延長，塑性應變先增加再降低。退火時間為45 s時，具有較好的綜合力學性能，塑性應變為36%，抗拉強度為380 MPa。

顯微組織;力學性能;連續退火;冷軋薄板

SPCC鋼是日本標準(JIS)的“一般用冷軋碳鋼薄板及鋼帶”鋼材名稱，相當于中國Q195－215A牌號，是普通用途級低碳鋁鎮靜鋼冷軋板，由于其表面質量好、光潔度高，且冷軋產品的尺寸精度高等優點，廣泛用于汽車制造、電氣產品、機車車輛等許多領域。

尹紅國等［1－2］對低碳鋁鎮靜鋼(SPCC)冷軋薄板進行了模擬罩式退火，結果表明，采用SPCC的再結晶溫度為560℃，再結晶溫度范圍為520～600℃。采用雙臺階退火工藝，鋼板性能完全滿足一般用鋼的要求。王連慶等［3］通過模擬實驗，研究制定出了合理的L型連續退火爐退火工藝。

本次實驗是在實驗室條件下利用GLEEBLE 3500熱模擬實驗機模擬連續退火工藝，研究退火時間對SPCC鋼板力學性能的影響規律。

1 實驗方法

實驗材料為厚0.5 mm SPCC冷軋薄板試樣。將冷軋后的鋼板切割加工成240 mm×50 mm×0.5 mm的熱處理試樣，在Gleeble 3500的連續退火模擬機上進行連續退火。其具體工藝參數見表1。

試樣經退火處理后，切割成20 mm×15 mm的金相試樣，經打磨拋光后，用4%HNO3酒精腐蝕。然后在OLYMPUS－szx12－bx51M顯微鏡下觀察顯微組織。

將制好的顯微硬度試樣在HX－1000TM顯微硬度儀上進行測試，使用載荷為25 g，分別在試樣上取3個點進行測試，然后取3個點的平均值作為該試樣的顯微硬度。

拉伸試驗是在CSS－44100電子萬能試驗機進行，拉伸速率為1 mm/min。每種熱處理工藝的試樣準備3個，以保證數據的準確性。

表1 連續退火模擬工藝參數

2 實驗結果及分析

2.1 退火時間對顯微硬度的影響

退火溫度為680℃時，退火時間對顯微硬度變化曲線見圖1。從圖1可以看出，當試樣在冷軋狀態時，顯微硬度值較高，為HV276。隨退火時間的增加，材料的顯微硬度呈下降趨勢。顯微硬度值從30 s的HV153.2，減少至45 s的HV135，當時間繼續增加到60 s過程中材料的顯微硬度趨于平緩，說明硬度變化小。表明材料在加熱過程中，由冷軋態較高變形的高能狀態向低自由能狀態轉變，位錯密度降低，金屬晶格畸變程度大大減少，金屬發生軟化。由于時間相對較短，30 s時的軟化程度相對較少。因此，30 s時退火后的硬度相對較高。而當時間增加時，軟化程度較大，因此其硬度較低。

圖1 退火時間對顯微硬度的影響(680℃)

退火時間對硬度的影響是由其顯微組織決定的。冷軋薄板在軋制后，晶粒沿變形方向伸長，形變亞結構將晶粒細化，顯微組織呈纖維狀，如圖2(a)所示;且由于變形過程中大量顯微缺陷的產生，其內部形成較大的殘余應力;因此，產生加工硬化，其硬度較高。再結晶退火是通過晶核的形成和長大，形成新的無應變的等軸晶粒的過程。在較短的退火時間內，雖然組織內大部分殘余應力已經消除，但再結晶過程還未完成，部分晶粒變形后的取向依然存在，說明舊的產生畸變的晶粒還未完全消失，如圖2(b)所示。隨著時間進一步地延長，再結晶逐步完成，變形組織逐漸消失，取而代之的是完全等軸晶粒，如圖2(c)所示;同時畸變能得到進一步消除，金屬軟化程度大，因此，顯微硬度有下降的趨勢。

圖2 退火時間對顯微組織的影響(680℃)

但當退火溫度增加到710℃時，隨著退火時間的延長，硬度呈上升趨勢。這與680℃時的硬度變化曲線不同，見圖3。

圖3 退火時間對顯微硬度的影響(710℃)

從圖3可以看到。退火溫度為710℃時顯微硬度值隨著退火時間增加，材料的顯微硬度從HV131.7增加至 HV136.1、HV146.5;這是因為，隨著時間的增加，畸變能從較高的狀態有足夠的時間降到較低的狀態，因此，金屬軟化的程度增加;另一方面，由于時間足夠長，溫度又足夠高，破碎游離的碳化物聚集長大，從而使硬度提高［4－5］。

2.2 退火時間對拉伸性能的影響

退火溫度為710℃時的應力應變曲線見圖4。

圖4 退火時間為30 s時的應力應變曲線

從圖4可以看出，未經退火后的冷軋鋼板的抗拉強度達640.0 MPa，幾乎沒有塑形應變產生，這說明該鋼板很容易脆斷，難以應用于沖壓等加工。從宏觀斷口形貌上看，退火后的拉伸斷口形貌呈45°剪切斷裂，并且有明顯的縮頸，如圖5所示。由圖5表明，試樣在拉伸時，在拉應力作用下產生塑性變形，晶粒開始滑移，延展性有了大幅度提高，在剪切應力作用下，試樣斷裂。

圖5 冷軋態和退火態試樣斷口形貌對比

退火后，屈服強度和抗拉強度度顯著下降，塑性應變也明顯增加。當退火溫度為710℃時，在實驗退火溫度區間，其對屈服強度的影響不大。退火30 s時的抗拉強度為385 MPa，而溫度為45 s和60 s的抗拉強度分別為390 MPa和380 MPa。雖然退火時間對抗拉強度影響不大，但是對塑性應變有明顯的影響。即隨著時間的延長，應變先增加再降低。30 s應變為33%，45 s應變為36%，當時間延長升到60 s時，應變明顯減少，其值為31%。這可能是由于在較短的時間內退火，鋼板的軟化程度低，晶粒中還存在一定的取向，塑形相對較低;隨著時間的延長，軟化程度增加，塑形隨之增加;但時間過長，晶粒開始聚集和長大，同時，還有可能析出碳化物，從而使塑形降低。

3 結論

通過退火時間對試驗用SPCC鋼力學性能的影響研究，得到以下主要結論：

1)退火時間對顯微硬度有較大的影響。當溫度較低時(680℃)，隨著退火時間的延長，顯微硬度下降;當在較高溫度退火時，隨著退火時間的延長，顯微硬度增加。

2)退火時間對塑性應變有較大的影響。退火溫度為710℃時，隨著退火時間的延長，塑性應變先增加再降低。退火時間為45 s時，具有較好的綜合力學性能，塑性應變為36%，抗拉強度為380 MPa。

［1］ 尹紅國，溫德智，吳光亮，等.退火工藝對SPCC冷軋薄板組織及性能的影響［J］.礦冶工程，28(4)：101－104.

［2］ 張增良，宋仁伯，程知松，等.連續退火工藝和合金元素對800 MPa級冷軋雙相鋼組織性能的影響［J］.熱加工工藝，2008，37(6)：27－33.

［3］ 王連慶，許曉江.L型連續退火爐退火工藝的模擬實驗［J］.河北理工學院學報，2006，28(4)：24－27.

［4］ 關小軍，周家娟，姜壽文.Ti－Nb對高強IF鋼板連續退火再結晶的影響［J］.特殊鋼，2000，21(4)：16.

［5］ 許哲峰.退火工藝對SPCC—SD冷軋板組織和性能的影響［J］.軋鋼，2005，22(6)：17－19.

Continuous Annealing Time on the Mechanical Properties of SPCC Cold－rolled Steel Sheet

Zhang Zhi－ming，Wang Zhi－hua

Under laboratory conditions，simulated continuous annealing prosess was carried out with Gleeble 3500 thermal simulator to investigate the SPCC cold－rolled steel sheet of mechanical properties and microstructure.The results indicate that when the tempreture of annealing was slower(680℃)，the hardness of steel decreased with the annealing time increased，when the tempreture of annealing was higher，the microhardness increased slightly with the annealing time increased.The annealing time was also effected by annealing time.when annealing time was45 s，the SPCC cold － rolled steel sheet had conprehensive properties.Plastic deformation was 36%and tensile strength was 380 MPa.

Microstructure;Mechanical properties;Continuous annealing;Cold－rolled steel sheet

TD406

A

1672－0652(2012)07－0027－03

2012－05－23

張志明(1975—)，男，山西五臺人，2002年畢業于河北工業大學，碩士研究生，主要從事機電修造產業技術管理及金屬材料的研究工作，(E －mail)jmxcyjsc@sina.com