低碳冷軋罩式退火板組織性能研究

臧振東，馬素娟，郭 健，魏煥君

（唐鋼技術中心，河北 唐山 063016）

針對某鋼廠DC01罩式退火板用戶沖壓成形開裂質量問題,通過實驗室研究分析碳含量、酸溶鋁含量、顯微組織與DC01成形性能的關系，工藝上合理控制DC01碳含量、酸溶鋁含量。

通過調整軋制及退火工藝改善顯微組織結構，使DC01產品成形性能達到或接近DC03水平，滿足客戶沖壓成形要求，具有實際研究應用價值。

1 試驗分析方案

統計分析DC01的生產現狀，找出了存在的問題，通過分析化學成分、金相組織對力學性能的影響，針對存在的問題，提出了改進的方案。

1.1 存在的問題

1.1.1 力學性能統計分析

隨機取規格為0.6mm～1.7mm試樣，進行力學性能分析，結果表明：斷后伸長率(A80mm)34.0%～45.0%，明顯低于DC03斷后伸長率42%～50%的水平；r值為1.50～1.70之間也明顯低于DC03的橫向r值2.0左右的水平，因此需要解決的問題是提高伸長率和r值。

1.1.2 金相組織現狀分析

對DC01開裂樣與外廠合格樣進行了金相組織比對分析發現組織均為鐵素體+游離滲碳體（圖1，）外廠合格樣鐵素體晶粒度為Ⅲ6.0級，餅形度為3.0～6.5，游離滲碳體尺寸較大的為3.37微米，面積比1.02%，沿晶界密排分布，有明顯的方向性；開裂樣晶粒度為Ⅱ9.0級，餅形度為2.6～3.2，游離滲碳體尺寸大的為4.67微米，面積比1.85%，呈分散性無規律分布于晶內、晶界，且有聚集現象。

DC01存在的主要問題為：斷后伸長率低、r值低、鐵素體晶粒細，餅形度低、游離滲碳體粗大，且分布聚集。

1.2 化學成分對力學性能的影響

對不同成分的0.6mm-1.7mm厚的29爐DC01進行了力學性能測試，其總體性能分布見表1，成分分布見表2。

表1 29爐DC01力學性能范圍

表2 29爐DC01化學成分范圍

由于C、Mn、Si、Als對DC01力學性能影響較大，而本批次Mn的變化量不大，Si的含量較低，因此主要針對C、Als對性能的影響進行了回歸分析。

1.2.1 碳對力學性能的影響

試驗結果表明,隨著碳含量的升高，抗拉強度顯著提升，r值逐漸降低，每增加0.01%碳,抗拉強度增加10MPa，r值降低0.1；碳含量的變化對斷后伸長和n值無規律性影響。

1.2.2 Als對力學性能的影響

回歸結果表明，隨著Als含量的升高，r值顯著提高，抗拉強度、斷后伸長率逐漸降低，每增加0.01%的Als,r值提高0.15（r=1.27406+14.7173×Als%），抗拉強度降低2.4MPa，斷后伸長率降低0.65%；Als含量的變化對n值無規律性影響。

1.3 金相組織對力學性能的影響

1.3.1 游離滲碳體對力學性能的影響

DC01組織中的滲碳體主要來自于熱軋組織中的珠光體。冷軋時被破碎并隨基體流動，同時也改變了原來的分布形態。罩式退火過程中，隨著退火溫度的升高，滲碳體逐漸溶解，退火后冷卻時，又發生滲碳體的析出。資料表明，鋼板中碳含量的變化直接影響滲碳體的尺寸、數量。隨著鋼板中碳含量的增加，單位面積滲碳體數量增多，平均尺寸減小。在碳含量一定的條件下，退火前(冷軋后)的滲碳體尺寸和數量與熱軋狀態組織中滲碳體的大小分布密切相關。如果卷取溫度過高，滲碳體容易在晶界析出，而且較為粗大，若熱軋后的滲碳體以細珠光體形態分布，則冷軋后的滲碳體數量多，平均尺寸小；反之，若熱軋狀態的滲碳體以塊狀(或退火珠光體)存在，則冷軋后滲碳體數量少，平均尺寸大。因此一定要控制低溫卷曲。

圖1 開裂樣與外廠合格樣微觀組織對比

圖2 Als與抗拉強度的回歸關系

圖3 Als與r值的回歸關系

由圖1可看出DC01金相組織由鐵素體和游離滲碳體組成，鐵素體晶粒為餅形晶粒，滲碳體以顆粒形態彌散分布于鐵素體基體中，碳體的數量影響抗拉強度。隨著鋼板中析出的滲碳體顆粒度減小，單位面積顆粒數增加，鋼板的抗拉強度升高。當鋼板顯微組織中滲碳體的析出形態呈鏈狀分布、半網狀分布、甚至網狀分布時，試樣拉伸時過早的沿滲碳體形成裂紋并擴展，導致延伸率降低。

1.3.2 鐵素體晶粒度的影響

退火后餅形晶粒形成原因是由于罩式退火加熱速度緩慢，有利于冷軋鋼板中細小的AlN粒子在退火過程中沿軋制方向彌散析出，阻礙了鐵素體晶粒在板厚方向上的生長．使成品板形成“餅型”晶粒組織。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，從而得到較強的{111}織構。這是因為低溫卷取，高的冷卻速率使AlN粒子在冷卻過程中來不及析出，并在熱軋板中保持固溶狀態，在罩式退火緩慢升溫過程中AlN在亞晶界上細小析出，使{111}晶核消除受限的{100}亞晶而長大，得到較大的餅形晶粒”，從而得到較強的{111}織構，有利于鋼板的深沖性能。資料顯示，AlN在800℃開始析出，600℃下幾乎不析出，因此對罩式退火工藝，卷取溫度應低于600℃。薄板晶粒的大小對塑性影響很大，晶粒過大，則塑性降低，在沖壓成形時，不僅容易產生破裂，且制件表面還容易產生粗糙的桔皮，對后續的拋光、電鍍、涂漆等工序帶來不利影響；晶粒過細，則鋼板強度高，塑性降低，回彈現象增加。因此，薄板的晶粒大小應適中，復雜拉深用的冷軋薄鋼板，晶粒度應為6～8級。

綜上分析：鋼板獲得大而均勻的晶粒和較少滲碳體顆粒的組織，同時游離滲碳體彌散分布，可確保較低的強度和高的延伸指標。

2 結論

（1）罩式退火沖壓開裂的主要原因是退火板伸長率和r值偏低，鐵素體晶粒細，游離滲碳體粗大，且分布聚集。

（2）得到Als含量與r值的線性關系，其線性回歸公式為r=1.27406+14.7173×Als%。

（3）減少滲碳體顆數量，促進滲碳體彌散分布，可確保較低的強度和高的延伸指標。

（4）復雜拉深用的冷軋罩式退火板理想的晶粒度級別為6～8級。

[1]王川．超低碳鋁鎮靜鋼冷軋薄板再結晶溫度及性能研究，2012年．