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江苏大学5 _ - 程硕士学位论文 摘要 近年来，随着国内外汽车工业的快速发展，各汽车生产企业对车身覆盖 件和各类复杂深冲件的服役要求更加苛刻，不仅要求车身覆盖件钢板具有 优良的成形性能，即：高的塑性应变比r 值、高的均匀延伸率艿、低的屈服 强度q 、低的时效指数a i 和低的屈服伸长，还要求钢板具有较高的抗拉 强度和刚度。 然而，面临长期以来巨大的国内外市场需求，s g 集团欠缺i f 钢研发 及生产能力的现状，严重影响到企业的效益新生点以及特钢生产工艺技术 的进步。 为了弥补s g 集团生产工艺无法在现有热轧设备上生产i f 高质量钢板 的空白，本研究在s g 集团产品研发项目的资助下，充分利用前期工作的 成果，设计研发出具有自主知识产权的、符合s g 热轧、冷轧装备水平的 i f 钢种相应成分及热轧生产工艺制度，在s g l 4 5 0 生产线上生产出厚度规 格4 m m 左右的i f 卷板。 本文主要研究内容及创新工作如下： ( 1 ) 在实验室研究中，着重研究了试验钢化学成分c 、n 、n b 和t i 元素等含量对i f 钢板力学性能的影响规律，从而更有效的发挥各元素的作 用，同时研究热轧工艺参数对i f 钢力学性能规律，为i f 钢的原型制备以 及工业化生产打下理论基础。 ( 2 ) 利用实验室研究数据，对热轧i f 钢进行了冷轧生产，得到屈服强 度1 5 5 m p a 左右，抗拉强度2 9 2 m p a 左右，a 5 0 标距延伸率e l 4 9 9 的 i f 钢卷，并通过e b s d 织构分析发现，经冷轧退火的i f 钢织构主要由 t s g 集团无间隙原子钢的开发研究 1 , ( n d ) 组成，其峰值强度达到了2 4 ，退火后的样品中的o c 织构并n o o l 织构基本消失，达到了g b t5 2 1 3 2 0 0 1 中用来冲压最复杂零件的性能要 求。 ( 3 ) 最后，在s g 卷板1 4 5 0 生产线上生产出深冲性能的r 9 0 最高达到 2 6 6 ，n 9 0 最高达到0 2 8 的i f 钢卷，满足g b t5 2 1 3 2 0 0 8 中超深冲钢的性 能要求，各项力学性能均达到用户( 浙江龙盛薄板有限公司) 车身覆盖件技 术协议中所明确规定的技术要求，深冲合格率1 0 0 。 关键词：无间隙原子钢、控轧控冷、热模拟、力学性能、深冲性能 江苏大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ea u t o m o t i v ei n d u s t r ya th o m ea n d a b r o a d ，t h ea u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n gc o m p a n i e sr e q u i r em o r eh a r s ha u t o m o b i l ep a n e la n d a l lk i n d so fs t a m p i n gc o m p l e xp a r t s ，n o to n l yr e q u i r et h eb o d yp a n e l so fs t e e ls h e e tw i t h e x c e l l e n tf o r m a b i l i t ys u c ha sh i g hp l a s t i cs t r a i nr a t i ov a l u e ，h i g hu n i f o r me l o n g a t i o n ，l o w y i e l ds t r e n g t h ，l o wa g i n gi n d e x ( 卸a n dal o we l o n g a t i o na ty i e l d ，b u ta l s or e q u i r ea s t e e l h a v i n gah i g ht e n s i l es t r e n g t ha n d s t i f f n e s s h o w e v e r , f o ral o n gt i m e ，f a c e dw i t hah u g ed e m a n d i n go fh o m ea n da b r o a d ，s gg r o u p l a c k st h ec a p a b i l i t yo ft h ei fs t e e lr da n dp r o d u c t i o n w h i c hh a ss e r i o u s l ya f f e c t e dt h e p r o f i tg r o w t h o fe n t e r p r i s e sa sw e l la ss p e c i a ls t e e la d v a n c e si np r o d u c t i o nt e c h n o l o g y t of mu pal a c u n ao ft h ep r o d u c t i o no f h i g h - q u a l i t yi fs t e e lp l a t eu n d e re x i s t i n gh o t r o l l i n ge q u i p m e n ti ns gg r o u p ，u n d e rt h e a u s p i c e s o fs gg r o u pr & dp r o j e c t s ，t h i ss t u d y h a sd e v e l o p e dt h ei fs t e e lc o r r e s p o n d i n gc o m p o n e n t sa n dh o t 。r o l l e dp r o d u c t i o np r o c e s s s y s t e mw i t hi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t sa n d t h el e v e lo ft h es gh o tr o l l i n g ，c o l d r o l l i n ge q u i p m e n tb a s e do nt h ea c h i e v e m e n t o ft h ep r e l i m i n a r yw o r k ，a sw e l la sp r o d u c e di f s t e e lc o i lt h i c k n e s ss p e c i f i c a t i o n sa b o u t4 m mu n d e rt h es g1 4 5 0p r o d u c t i o nl i n e t h ec o n t e n ta n di n n o v a t i v ew o r ko ft h i sp a p e rs t u d i e sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) d u r i n gl a b o r a t o r ys t u d i e s ，w e f o c u s e do nt h ei n f l u e n c eo ft e s ts t e e lc h e m i c a l c o m p o s i t i o no fc ，n ，n ba n d t ie l e m e n t se t co nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fi fs t e e ls h e e t s ， s oa st om a k ee l e m e n t sw o r kb e t t e ra n ds t u d yt h el a wo fh o tr o l l i n gp r o c e s sp a r a m e t e r so ni f s t e e lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e si no r d e rt o l a yat h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n f o rt h ep r o t o t y p e p r e p a r a t i o ni fs t e e la sw e l la si n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ( 2 ) b a s e do nl a b o r a t o r yr e s e a r c hd a t a ，w et o o kc o l dt r i a lp r o d u c t i o no fh o t r o l l e di f s t e e la n dg o tt h ei fs t e e lc o i l sy i e l ds t r e n g t h1 5 5 m p a ，t e n s i l es t r e n g t h2 9 2 m p aa n dt h ea 5 0 g a u g ee l o n g a t i o ne 1 之4 9 9 ，w i t ht h er e s u l to fe b s dt e x t u r ea n a l y s i s ，w h i c hr e v e a l e d t h a tt h ei fs t e e lb yc o l dr o l l i n ga n da n n e a l i n gt e x t u r ec o m p o s e dm a i n l yb y 丫( n o ) ， a n di t sp e a ki n t e n s i t yr e a c h e s2 4 ，t h eut e x t u r ea n d 0 0 1 t e x t u r ei nt h es a m p l ea f t e rt h e a n n e a l i n gb a s i cd i s a p p e a ra n dm e e tt h ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so ft h eg b t 5 2 1 3 2 0 0 1 1 1 1 s g 集团无间隙原子钢的开发研究 s u p e rd e e pd r a w i n g s t e e lu s e dt od r a wt h em o s tc o m p l e xp a r t s ( 3 ) f i n a l l y ，w ep r o d u c e di fs t e e lc o i l o fs u p e rd e e pd r a w i n gp e r f o r m a n c er 9 0u pt o 2 6 6 ，n 9 0u pt o0 2 8u n d e rt h es gs t e e lc o i l1 4 5 0p r o d u c t i o nl i n e ，w h i c hm e e t st h eg b t 5 2 1 3 - 2 0 0 8s u p e rd e e pd r a w i n gp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t s ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sc a n r e a c ht h el e v e lo ft h es p e c i f i e dt e c h n i c a lr e q u i r e m e n t si nt h ea u t o m o b i l ep a n e lp a n st e c h n i c a l a g r e e m e n to ft h eu s e r ( z h e j i a n gl o n g s h e n gs h e e tl i m i t e d ) w i t ht h ed e e pd r a w i n gq u a l i f i e d r a t eu pt o1 0 0 k e yw o r d s ：i n t e r s t i t i a l f r e es t e e l 、c o n t r o l l e dr o l l i n ga n dc o n t r o l l e dc o o l i n g 、t h e r m a l s i m u l m i o ne x p e r i m e n t s 、m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 、d e e pd r a w i n gp r o p e r t i e s 江苏大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 钢是英文i n t e r s t i t i a l f r e es t e e l 的简称【1 ，2 1 ，是继沸腾钢与铝镇静钢之后广泛应用 的第三代深冲用钢。这类钢的基本特点是钢中的间隙原子c ，n 含量很低，通过采用先 进的冶炼工艺严格控制碳、氮元素含量，并加入少量微合金化元素如n b ，t i 等，使钢 中的c 、n 原子与n b 、t i 等微量合金元素的碳氮化合物以固溶态析出，此时钢中存在 无间隙原子，即无间隙原子钢。近年来，真空冶炼技术得到了蓬勃发展，钢随之出 现并成为新一代的深冲用钢。 薄钢板能满足现代工业对材料提出的高效化、轻型化的要求。薄钢板延伸加工的 效率高，成本低，所以薄钢板已经成为现代化工业用钢的发展趋势【2 1 。冷轧深冲薄板由 于自身所具有的深冲性好，表面光洁，板薄等优点，广泛应用于汽车、摩托车、白行 车工业以及家电制造业、建筑行业等。其中，使用冷轧深冲板最多的是汽车工业，在 发达国家，冷轧深冲板的5 0 供应汽车工业【3 1 。汽车用冷轧板带宽度最宽，品种范围最 广，表面质量及板带精度要求最严格，成形性指标要求最高，因此，汽车板的生产技 术就代表了冷轧带钢的生产技术【2 4 1 。 汽车作为公路运输的重要手段和人类最便捷的交通工具，如今已进入社会生活的 各个领域，发挥着难以替代的作用【5 9 】。至1 j 1 9 9 0 年，世界上已经拥有6 亿台汽车，其中 8 0 为轿车，现在全世界客运量的7 3 由轿车来完成。美国和日本的轿车普及率已经达 n 1 3 台人和2 5 台人，即使处于发展中的亚洲和非洲，汽车普及率也为3 5 8 人辆和 4 5 人辆，且拥有量仍在逐年增加。汽车工业的迅猛发展，促进了冷轧板生产技术的进 步。改革开放以来，我国的汽车工业也有了很大发展，1 9 9 2 年年产量突破百万台， 到 1 9 9 6 年我国汽车实际总产量达至i j l 4 7 万台，其中轿车3 7 万辆，但人均拥有量仍然很低， 即使至1 j 1 9 9 7 年，我国汽车的保有量为1 7 0 0 辆，普及率仅为7 0 人辆。为此，国家已决定 “要把汽车制造业作为国民经济的支柱产业”，在资金和技术上加大投入，并将发展重 点由计划从载重车向轿车作战略性转移。2 0 0 0 年汽车工业发展规划设想，全国汽车产 量为2 5 0 万辆，其中轿车为1 2 0 1 5 0 万辆，占4 8 6 0 。n 2 0 l o 年，要形成6 0 0 万辆汽车的 生产能力，其中轿车占4 0 0 万辆。并提出了实现汽车用材的国产化【1 0 1 。这一战略性决策 必将推动我国冶金工业的发展，特别是冷轧深冲板生产的大发展，因为汽车用的许多 零部件都是由冷轧深冲板冲压成型的，如载重卡车的车头、驾驶室、车箱及轿车和面 1 s g 集团无间隙原子钢的开发研究 包车的车身，以及各类汽车的油箱、前车灯、复杂的车底板等。冷轧深冲板在5 t 载重 卡车上的用量占全车钢材总用量的2 6 ，在2 t 轻型卡车中占3 9 ，在1 1 座面包车中占6 6 ， 在小红旗轿车中占7 3 ，在捷达轿车中占6 2 列1 1 】。据德国联邦统计局统计【1 2 1 ，生产一辆 汽车的费用，“原材料5 3 ，制造3 0 ，设计开发5 ，其它占1 2 ”。而原材料中7 0 是钢 材，钢材中用量最大的是薄钢板，一辆汽车约使用6 0 0 8 0 0 k g 薄钢板，薄板成型件5 0 0 - 6 0 0 件【1 3 】。薄板成型件大多使用冷轧深冲板，由此可见冷轧深冲板在汽车工业中的重要 性。现在，各汽车生产厂家为了在竞争激烈的市场中站稳脚跟，需要不断降低其产品 的成本，提高劳动生产率。而减少冲压件数量，减少焊接量和减少机加工数量是一个 有效的途径【1 4 1 。这就意谓着几个简单的零件合并为一个复杂的零件或者变机加工件为 冲压件，于是对冲压板的性能要求越来越高。不同级别的冲压板性能范围见图1 1 【1 5 】。 传统的铝镇静钢r 值只能达到1 7 左右，因此各冶金生产厂家为了满足用户越来越高的 要求，提高自身产品的竞争能力，也在开发具有更优良的冲压性能的工f 钢的同时，不 断研究提高传统铝镇静钢产品的性能的方法，如改进冶金技术，提高钢水的纯净度和 成分控制精度，进一步降低钢中碳含量等。 蠢，彩 鬃 l 轴荛穆 毂。耄荔貔囊疆繇。囊荔爨纛穆 戮 镰 图1 1 不同级别冲压板的性能 目前，国际上处于领先水平的低碳铝镇静钢有日本的s p c e ( n ) ，德国的s t l 4 、s t l 5 等，我国引进轿车覆盖件的难冲件的相当部分都使用这些进口板【1 6 】。这些钢的化学成 2 江苏大学工程硕士学位论文 分均向微碳、低硫方向发展，通过真空处理和脱硫处理等炉外精炼来净化钢质，碳、 硫含量分别可达n c o 0 4 9 6 ，s n b t a w m o c r m n f e z r t i a 1 b n b v c r z r t i m n n b v c r a l m o w f e m o n b z r t i v c r w n i f 1 3 2 2n b 、砸的作用 微合金元素n b 、t i 对改善钢的力学性能有着十分重要的作用。n b 、t i 在控制轧 制过程中能与钢中的c 、n 形成细小弥散的碳氮化物，这些细小的碳氮化物通过钉扎 奥氏体晶界，可以抑制奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用；通过钉扎奥氏体晶界、 8 江苏大学工程硕士学位论文 亚晶界以及位错来阻止再结晶从而实现细化晶粒；通过阻止位错在晶粒内部滑移，产 生一定的沉淀强化作用。在深冲钢中，适量的n b 、t i 被用来固定钢中的间隙原子c 、 n ，减小钢的时效析出，提高钢的深冲性能。随着t i 和n b 加入量的增加，i f 钢的r 值增加，会达到一个最大值，随后随着t i 和n b 的加入量的继续增加r 值会开始降低。 根据过剩皿公式：死芸s 4 c 筹，面i f 钢中的过剩t i 以o 0 2 0 0 4 为宜， t i + n b 钢过剩n b ( 固定c 以后的量) 宜小于0 0 2 【3 6 1 。 1 3 2 3m n 、s i 、p 的作用 m n 、s i 、p 都是固溶强化元素，其中p 的强化作用最大，每添加0 1 的p ，强度 可提高7 7 m p a ( s i 为i o m p a ，m n 提高约5 m p a ) 。加入的p 虽然提高了加强钢的强度 但也削弱t l l l 织构，探究其原因可陈述如下：1 、位错与固溶在其中的p 的相互作 用在一定程度上限制了位错的滑移，并且在一定程度上妨碍了再结晶过程中织构 1 1 1 的长大和变形晶粒的形成趋势。2 、固溶在其中的p 在晶晃处会形成偏聚，逐渐削弱了 回复过程中织构 1 1 1 取向，亚晶粒的慢慢形成以及再结晶的过程中取向为 1 1 1 的再结 晶晶粒的形核长大趋势。3 、在晶界处逐渐偏聚的p 原子会不断阻止再结晶晶粒逐渐长 大的趋势。4 、存在于热轧板中的p 、c 原子的交互作用，可不断抑制n b c 的析出，使 一些固溶c 原子留下或者只能析出尺寸细小的n b c 粒子，这些都会阻碍 1 1 1 织构的 发展。因此p 的含量越低越好，一般要求p 0 0 1 1 3 7 1 。 m n 和s i 过多除固溶强化以外，还引起析出物过剩，阻碍再结晶晶粒长大对r 值的 不利，因此其含量应较低，一般m n _ _ 1 2 0 m i n 初轧开始温度r rs t a r tt e m p e r a t u r e1 1 5 0 1 5 0 c 中问坯厚度s h e e tb a rt h i c k n e s s3 5 m m 精轧开始温度f rs t a r tt e m p e r a t u r e1 0 6 0 2 0 0 c 精轧结束温度f re x i tt e m p e r a t u r e9 1 0 1 0 0 c 控冷开始温度a c cs t a r tt e m p e r a t u r e9 0 0 1 0 0 c 冷却速率c o o l i n gr a t e 2 0 0 c s 卷取温度c o i l i n gt e m p e r a t u r e 7 1 0 2 0 0 c 成品厚度f i n a lp r o d u c tg a u g e 4 x l o l o m m 表3 3 热轧钢试生产目标性能 s g 集团无问隙原子钢的开发研究 3 2 炼钢 3 2 1 引言 钢要求杂质元素控制在很低水平，这是i f i 钢获得超深冲性的重要原因。一般要 求o 郢0 0 2 ，s 如0 1 ，m n _ 0 2 ，s i 郢0 3 ，p 5 0 0 1 ，a 1 5 0 0 6 。1 9 9 5 、1 9 9 6 年钢冶炼中，o 、s 等成分的控制并不好，特别是o 含量维持在一个很高的水平 佑0 6 0 ) x 1 0 一，最高达1 4 0 x 1 0 ，这就会影响最终产品的性能。s 的最大值也超过了0 0 1 。因为s 和p