300 MPa薄規格熱軋酸洗鋼板組織與性能研究

徐巖松 ，孫成錢 ，時曉光 ，張宇 ，董毅 ，高磊

（1.鞍鋼股份有限公司產品制造部,遼寧鞍山114021；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院,遼寧鞍山114009；3.鞍鋼股份有限公司產品發展部,遼寧鞍山114021）

熱軋酸洗鋼板是以優質的熱軋鋼板為原料，經酸洗機組去除氧化鐵皮后，直接供用戶使用，不經過冷軋工序，表面質量和使用要求介于熱軋鋼板和冷軋鋼板之間的中間產品，是部分熱軋鋼板和冷軋鋼板的理想替代產品，主要應用在汽車、壓縮機、零配件加工及各種形狀的沖壓件等行業[1]。熱軋酸洗鋼板比熱軋鋼板表面質量好，在保證表面質量使用要求的前提下，相較于冷軋板，能夠有效地降低采購成本，成為鋼鐵企業盈利能力較強的品種之一[2-4]。

鞍鋼通過在1780 mm熱連軋生產線上進行熱軋，在1700 mm酸洗生產線上進行酸洗，生產出厚度為1.8 mm的300 MPa薄規格低碳熱軋酸洗鋼板，文中對該鋼板的組織和性能進行了研究。

1 試驗材料與方法

試驗材料采用鞍鋼連鑄坯，其規格為230 mm×1 280 mm×9 700 mm，化學成分見表1，連鑄坯經鞍鋼1780 mm熱連軋生產線上熱軋及1700 mm酸洗生產線上酸洗試制成300 MPa薄規格低碳熱軋酸洗薄板。具體工藝如下：將230 mm×1 280 mm×9 700 mm的連鑄坯在加熱爐中加熱至1 180℃，保溫約220 min后進行軋制，精軋終軋溫度為880～900℃，鋼板在層流冷卻中進行前段冷卻，并將鋼板以大于50℃/s的冷速冷卻至660～690℃后卷取，再對鋼板進行鹽酸酸洗，酸洗拉矯延伸率為1.5%，成品鋼板的厚度為1.8 mm。

表1 試驗鋼板的化學成分（質量分數） %

2 試驗結果及分析

2.1 顯微組織

在鋼板寬度方向1/4處切取金相試樣，經研磨、拋光和腐蝕后，通過ZEISS Aviovert 200 MAT光學顯微鏡對顯微組織進行觀察和分析。試驗鋼顯微組織見圖1。

圖1 試驗鋼的顯微組織

由圖1可知，試驗鋼的顯微組織主要由鐵素體和少量珠光體組成，組織均勻，無帶狀組織，珠光體沿晶界分布，鐵素體晶粒度為9級。由于晶粒比較細小，為了獲得細小的組織，在相變前應有細小的奧氏體晶粒，所以將連鑄坯加熱至1 180℃（較常規軋制加熱溫度低）。成品鋼板厚度規格為1.8 mm，相對于較薄規格的卷板，卷板冷卻有其特殊性，即連續冷卻+準等溫過程。這一過程的特點是快冷時Ar1降低，如果在卷取前不發生相變，則相變發生在準等溫過程。其優點是，相變在很大的過冷度下進行，不僅形核率（均勻形核）提高，鐵素體長大也會變慢，故而晶粒細小。所以在軋制變形后施行較快的冷速，使相變過程在較大的過冷度下進行，將鋼板在層流冷卻中進行前段冷卻，鋼板以大于50℃/s的冷速冷卻至660～690℃后進行卷取，最終獲得細小的組織。

2.2 力學性能

經熱軋及酸洗卷取后對鋼卷頭部、中部、尾部進行力學性能檢驗。在鋼板寬度方向1/4處各切取2塊拉伸試樣進行檢驗。拉伸試樣采用縱向試樣，將其加工成標準試樣后，在Z100電子拉伸試驗機上進行拉伸檢驗，鋼板的力學性能檢驗結果見表2。

表2 試驗鋼的力學性能

由表2可知，試驗鋼的力學性能良好，酸洗后的頭部、中部、尾部抗拉強度均高于310 MPa，屈服強度達到200 MPa以上，斷后延伸率高于42%，r值 0.5～0.6，n 值 0.19～0.21， 均符合標準要求。

此外，酸洗后的試驗鋼屈服強度從頭部到尾部逐漸降低，這是由于酸洗后試驗鋼的頭部、中部、尾部為試驗鋼熱軋后的尾部、中部、頭部，熱軋時試驗鋼的尾部為鋼卷外部，冷卻快，晶粒細小，所以熱軋時試驗鋼的尾部屈服強度高，與之相對應的為酸洗后試驗鋼的頭部屈服強度高，酸洗后試驗鋼從頭部到尾部抗拉強度與屈服強度呈現的規律一致。酸洗后試驗鋼的斷后延伸率從頭部到尾部逐漸升高。

2.3 成形性能

材料的成形極限圖(FLD)表明了常用應變范圍內成形極限曲線（FLC）的形狀和對應的應力狀態，能夠較為直觀和準確表征材料成形性能，是評價和預測材料成形性的重要依據[5]。

通過對一側表面印有網格的試樣進行脹形變形直至某個局部產生縮頸或破裂，測量縮頸區或破裂區附近發生畸變網格的長短軸應變，并分別作為縱軸和橫軸的坐標數據標于圖中，就繪制成了成形極限圖[6]。

汽車用鋼板幾乎全部經過沖壓成形，而沖壓過程由拉延或脹形組成，所以拉延和脹形的性能決定了成形性。采用AMSME4.1成形分析軟件，對工業試制厚度為1.8 mm的試驗鋼熱軋酸洗板進行了成形性能分析，做出成形極限圖（FLD），分別見圖2、圖3和圖4。從圖中可以看出：試驗鋼熱軋酸洗板在產品區域內的成形極限值為22.777%（目標值要大于10%），厚向減薄率為21.169%（目標值要小于25%）。因此，該零件的成形結果是安全的。

圖2 分析試樣照片

圖3 零件區域成形極限圖

圖4 零件區域厚度減薄率圖

3 結論

（1）通過在1780 mm熱連軋生產線上熱軋及1700 mm酸洗生產線上酸洗試制，獲得的熱軋酸洗鋼板的顯微組織主要由鐵素體和珠光體組成，鐵素體晶粒度為9級，鋼板的抗拉強度高于310 MPa，屈服強度達到200 MPa以上，延伸率高于42%，r值為 0.5～0.6，n值為 0.19～0.21。

（2）工業試制厚度為1.8 mm的試驗鋼熱軋酸洗板在產品區域內的成形極限值為22.777%，厚向減薄率為21.169%，使用試驗鋼熱軋酸洗鋼板沖壓成此零件是安全的。