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东北大学硕士论文 工艺参数对t i i f 钢组织和性能的影响 摘要 本文以t i i f 钢为研究对象，主要目的是通过t i - i f 钢实验室热轧、冷轧、 退火的实验，研究不同热轧终轧温度、卷取温度、冷轧压下率和不同退火温度对 钢的最终组织和性能的影响，以及对深冲性能的影响，并在此基础上进行t i _ i f 钢的工业生产试验，确定本钢t i - i f 钢工艺制度。初步达到预期目标。论文主要 内容包括： 1 以本钢实验室冶炼的t i - i f 钢为研究对象，根据实验室热轧实验结果，研究 了化学成分、终轧温度、卷取温度等因素对t i _ i f 钢热轧显微组织和性能的 影响。初步确定了本钢t 卜i f 钢终轧温度8 9 0 、卷取温度6 8 0 1 2 的热轧工 艺制度。得出了化学成分和微合金元素添加量对t i - i f 钢力学性能的影响远 大于热s l t 艺作用的结论。 2 以本钢实验室冶炼的t i i f 钢为研究对象，根据实验室热轧、冷轧、退火实 验结果，研究了终轧温度、卷取温度、冷轧压下率、退火温度等因素对最终 产品显微组织和性能的影响。r 值在终轧温度8 9 0 c 、卷取温度6 8 0 c 分别出 现了峰值，冷轧压下率的提高有利于饼形晶粒的形成，退火温度的提高有利 于深冲性能的提高。实验钢得到o 3 0 4 的屈强比和0 3 左右的n 值，说明 本钢的资源优势十分明显，i f 钢的开发前景十分广阔。确定了适合本钢特点 t i i f 钢生产工艺：终轧温度8 9 0 ，卷取温度6 8 0 ；冷轧压下率8 0 ：退 火温度7 1 0 。 3 以本钢t i - i f 钢为研究对象进行了工业生产实验。对按实验室实验结果确定 的工艺参数进行适当调整后，工业生产获得了r 值 2 2 、n 值 0 2 4 5 的i f 钢， 获得了较理想的深冲效果。 关键词：i f 钢，深冲性能，力学性能，r 值，1 1 值 儿 东北大学硕士论文 l n f l u e n c eo ft e c h n i c a lp a r a m e t e r so nm i c r os t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e s o ft i - i fs t e e l a b s t r a c t t h ee x p e r i m e n ti nt h el a b o r a t o r yi n c l u d i n gh o tr o l l i n g 。c o l dr o l l i n g a n n e a l i n gf o r1 1 _ f s t e e l w a sc a r r i e do u ti nt h i sp a p e nw es t u d i e dt h ee f f e c to fd i f f e r e n tp r o c e s sp a r a m e t e r s ( f i n i s h i n gt e m p e r a t u r ea n dc o i l i n gt e m p e r a t u r eo fh o tr o l l i n g c o l dr o l l i n gr e d u c t i o na n d a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ) o nm i c r o s t r u c t u r e ，p r o p e r t i e sa n df o r m a t i o no ff i n a lp r o d u c t i o n m e a n w h i l e o nt h eb a s eo ft h o s ep a r a m e t e r sw ep e r f o r m e dt h ei n d u s t f i a le x p e r i m e n ta n d d e f t n e dt h ep r o d u c i n gp r o c e s so fr i - i fs t e e li nb xs t e e l a n dr e a c h e dt h ep r e d i c t i n g d e s t i n a t i o n t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 a c c o r d i n gt oh o tr o l l i n ge x p e r i m e n tr e s u l t si nt h el a b o r a t o w e s t u d i e dt h ee f f e c to f c h e m i c a l c o m p o s i u o n ，f i n i s h i n gt e m p e r a t u r e c o i l i n gt e m p e r a t u r e e t c o nh o tr o l l i n g mj c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t y , de f i n e dh o tr o l l i n gp r o c e s ss p e c i f i c a t i o no ft i i fs t e e li nb x s t e e l i e f i n i s h i n gt e m p e r a t u r e8 9 0 ，c o i l i n gt e m p e r a t u r e6 8 0 a n dl e a c h e dt h e c o n c l u s i o nt h a tt h ee f f e c to fc h e m i c a ic o r n i p o s i t i o na n da l l o yc o n l e n to np r o p e r t i e sw a s g r e a t e rt h a nt h a to fh o tr o l l i n gp r o c e s s 2 a c c o r d i n gt oe x p e d m e n tr e s u l t so fh o tr o l l i n g ，c o l dr o l l i n g a n da n n e a l i n g 。w e s t u d i e dt h ee f f e c to ff i n i s h i n gt e m p e r a t u r e c o i l i n gt e m p e r a t u r e ，c o l dr o l l i n gr e d u c t i o n a n n e a l i n gt e m p e r a t u r ee t c 。o nm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so ff i n a jp r o d u c t t h erv a l u e a p p e a r e dp e a kv a l u ei nf i n i s h i n gt e m p e r a t u r e8 9 0 ca n dc o i l i n gt e m p e r a t u r e6 8 0 t h e i n c r e a s i n gc o l dr o l l i n gr e d u c t i o ni su s e f u lt om a k et h eg r a i ns h a p el i k eac a k e t h e i n c r e a s e o f a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e w a s a d v a n t a g eo f i m p r o v i n g t h ed e e pd r a w i n gp r o p e r t y t h er a t i oo fy i e l d t e n s i l es t r e n g t ho fe x p e r i m e n t s ls t e e | - so 3 0 4 。nv a l u ei sa b o u t0 3 t h er e s o u r c es u p e d o d t yo fb xs t e e lw a so b v i o u sa n dt h ed e v e l o p i n gp r o s p e c tw a s b r o a d w ed e f i n e dt h ep r o d u c i n gp r o c e s so f l i - i fs t e e is u i t s 【b l ef o rb xs t e e l 。i e f i n i s h i n gt e m p e r a t u r e8 9 0 。c o i l i n gt e m p e r a t u r e6 8 0 。c o l dr o l l i n gr e d u c t i o n8 0 ， a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e7 1 0 3 w ec a r r i e do u ta ne x p e d m e n to ft i i fs t e e | l nt h ei n d u s t d a lp r o d u c t i o nf i n ea n d a d j u s t e dc o r r e c t l yt h ep r o c e s sp a r a m e t e r sf r o me x p e r i m e n tr e s u l t si nt h el a b o r a t o r y 1 nt h e i n d u s t r i a ip r o d u c t i o n t h es t e e l srv a l u ei so v e r2 2 nv a l u ej so v e r0 2 4 5w i t hg o o dd e e p d r a w i n gr e s u i t s k e y w o r d s ：i fs t e e l d e e p d r a w i n g ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，rv a l u e ，nv a l u e i i 东北大学硕士论文 声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。 论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得 其它学位而使用过的材料。与我一同工作过的同志对本研究 所做的任何贡献均以在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名：1 柱固 日期： 7 彬弓8 8 东北大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 概述 1 绪论 钢铁生产中的高质量薄板产品，一直伴随着汽车工业的发展而发展。为了适 应汽车工业对薄板品种和质量的要求，冶金工业通过不断改进和完善生产技术， 逐步形成了具有不同功能的汽车薄板系列化产品。随着汽车部件整体化的提出， 对钢板的成形性能的要求随之提高，通常钢板强度的提高会带来成形性能的下 降，因此汽车工业要寻求的是既有高的强度又有好的成形性的钢板。而满足这一 要求的就是深冲钢板。 深冲钢板在使用过程中主要是利用板材的塑性变形，经过一次或多次冲压加 工以形成所需要的稳定的最终形状。深冲钢按冲压级别可分为( 见图1 - 1 ) i i j ：商 用级( c q ) 、普通冲压级( d q ) 、深冲压级( d d q ) 、特深冲压级( e d d q ) 和超 深冲压级( s u p e r - e d d q ) ，它们分别是与深冲钢发展的几个阶段相对应的。深冲 钢的第一代产品是开发并广泛应用于5 0 - - 6 0 年代的普通沸腾钢，只能用于制造普 通冲压件：低碳铝镇静钢为第二代产品，产生于6 0 , - - 8 0 年代，具有优良的深冲性 能；8 0 年代以后出现了以无间隙原子钢( i f 钢) 为代表的第三代超低碳超深冲钢。 近年来在对i f 钢的研究中发现，略微增加m n 、p 和s i 的含量可以提高i f 钢的 机械强度，同时保持i f 钢良好的成形性能，元素t i 、n b 和b 也具有提高钢 强度的作用，而钢板强度的提高对于减轻汽车自重、降低钢材消耗十分有利，因 此开发和应用高强度i f 钢成为深冲钢发展的一个新热点。 延伸事6x 图1 - 1 各级别深冲钢的延伸率6 与r 值范围 f i g 1 1e l o n g a t i o n ( 6 ) a n dr - v a l v eo f d e e p - d r a w i n gs t e e l l 查苎查鲎婴主芏堡垒查 ! 壁堡 深冲钢的技术特征主要反映在优良的成形性能上f 2 】，即：高的塑性应变比r 值、高的均匀伸长率占、低的屈服强度o s 、低的时效指数a l 和低的屈服伸长 只有具备以上性能的钢板，才能够用于冲制复杂的汽车覆盖件。同时，为避免在 制造和使用中产生凹陷，要求钢板具有较高的强度和刚度，即高的o b 和适当的烘 烤硬化性与加工硬化能力。同时良好的表面形貌和光洁程度、良好的板形和板面 平直度，严格的尺寸精度和性能均匀性，也是汽车用板的基本要求。三代冲压用 钢板的性能比较见表1 - 1 t “。 表1 - 1 三代冲压用钢板的性能比较1 1 钢种 0 ；1 m p a如m p a 8 r 值n 值 沸腾钢1 8 0 - 1 9 02 9 0 - 3 1 0 4 牛q 81 0 1 2约0 2 2 铝镇静钢1 6 0 1 8 02 9 m 0 0 04 4 , - - 5 0 1 4 1 8约0 2 2 i f 钢 1 0 0 1 5 02 5 0 0 04 5 5 51 8 2 80 2 3 0 2 8 目前，在超深冲压级钢的基础上开发的超深冲高强钢板和超深冲烘烤硬化钢 板已在欧、美、日等汽车生产大国大量使用【3 】，日本汽车的高强度钢使用率在2 0 0 0 年约为3 6 ，在美国钢铁协会a i s i 组织的有世界各国1 3 家钢铁公司参加的“超 轻钢车身u l s a b 研究开发项目”中，整车的高强度钢约占8 6 ，它的重量比 1 9 9 4 年a i s i 选定的欧美九家汽车制造商的钢结构样板车身平均减轻了2 5 。大 量采用超深冲高强度钢已成为汽车工业的一个趋势，相应产品的系列化开发及批 量化生产也同时成为冶金行业发展的一个薪目标。 1 2 课题背景 本钢自冷轧厂投产以来，从生产普通冷轧板向生产冷轧汽车板方向发展，随 着冷轧厂生产的逐渐完善，生产的冷轧汽车板品种正在不断增加，现已开发和生 产的品种有：一般商品级s t l 2 ( s p c c ) 、冲压级s t l 3 ( s p c d ) 、深冲级s t l 4 ( s p c e ) 汽车用冷轧低碳钢板和钢带，这些钢板均具有良好的延展性，适用于从简单成型， 弯曲或焊接加工直至深冲压成形及复杂加工的汽车零部件的制作。这三个冲压级 别的低碳冷轧板是汽车行业用量最大的钢板品种，主要用于制作轿车、客车及载 重车的外覆盖件及内部件，如沈阳金杯客车制造有限公司生产的轻型客车用本钢 生产的冷轧汽车板来制作翼子板、门里板及车架横梁。本钢生产的冷连轧低碳钢 板( 带) 成份控制严格，硫、磷等有害元素含量低、钢质纯净、加工性能优良， 尺寸精度高，其实物质量已基本达到国内同类产品水平。本钢在此基础上又开发 2 东北大学硕士学位论文 1 绪论 生产了热镀锌汽车板。热镀锌汽车板主要用于车门、翼子板、底板等大面积冲压 件。由于汽车外覆盖件除要求良好的耐座蚀性之外，还要求良好的涂漆性，所以 汽车厂需要小锌花、无锌花或锌铁合金化的热镀锌板，本钢目前只生产了建筑用 普通锌花热镀锌板，其它品种的热镀锌板有待开发“1 。 汽车用钢的生产需要经过炼钢、热轧、冷轧等许多工序实现，因此每一个生 产过程对是否能生产出高质量的汽车板至关重要( 表1 - 2 ) “。 表1 2深冲板的生产工艺流程及其对性能的影响 t a b l e l 一2e f f e c to fp r o d u c i n gp r o c e s so nt h ep r o p e r t i e so fd e e p - d r a w i n gs t e e l 生产范围生产途径重要影响因素受影响的材料性能 冶炼化学成分 强度 二次冶金脱氧 炼钢厂成型性能 模铸、连铸洁净度 时效行为 浇注类型 加热炉中的温度和 组织形成 停留时间 第二相析出 热轧厂热轧带钢的轧制终轧温度 织构 冷却速度 各向异性 卷取温度 冷轧变形率 组织形成 退火条件 第二相析出 酸洗 ( 紧卷、松卷一连续 织构 冷轧带钢的轧制退火) 各向异性 冷轧厂退火 温度、时间变化 时效指数 退火气氛 屈服台阶 平整 平整变形率屈服强度值 表面质量 本钢经过几年的设备和技术改造，冶炼已具备了有国际先进水平采用镁基脱 硫粉剂的铁水预处理装置，脱硫深度可达硫含量0 0 0 1 ；r h t b 真空处理装置， 具有脱气、脱氧、强制脱碳和自然脱碳、钢水化学升温、合金化、微调合金成份、 去除夹杂、净化钢液等多功能，五分钟左右可将钢水中碳从6 0 0 p p m 脱至加o p p m ； 3 - 查些垄兰堡主堂垒垒查 ! 竺垒 两台双机双流直弧型板坯连铸机、密排辊、小辊径、连续弯曲、连续矫直，保证 连铸坯质量，铸坯无清理率可达9 0 以上。 本钢在冷轧深冲系列板s t l 2 、s t l 3 、s t l 4 生产的基础上，参照德国标准， 开发出一些深冲微碳钢板，如s t l 5 、s t l 6 该钢种性能介于i f 钢和s t l 4 之间， 基本性能高于s t l 4 ，接近i f 钢。本钢应着重开发生产这些用量大、成本低的品 种，力求提高其整体实物水平，稳定原有的生产品种，使这些品种的生产工艺成 熟稳定，性能达到或超过国内外同类产品的实物水平。且力争降低成本，形成本 钢的拳头产品，牢固地占领低档轿车、农用车及面包车这块销售市场。 i f 钢广泛应用于汽车制造业是当今钢铁工业的一种世界性潮流。日本、韩国、 欧洲国家以及宝钢供汽车行业使用的s p c e 、s t l 4 等钢种均已采用超低碳i f 钢， 其冲压水平已上了一个新台阶，受到汽车制造厂的一致好评。本钢“十五”计划 制定了以生产汽车板为发展方向的战略，1 9 0 万吨的第二冷轧厂的筹建也已经开 始。为了更有力的开拓、占领市场，本钢已确定了开发i f 钢，并将向系列化发展 的指导思想。目前将利用现有的罩式退火设备，研制开发i f 钢，做好技术储备， 一旦具备生产条件即可投入生产。 当前汽车板的使用也正朝着国际化方向发展，为了发展本钢的汽车板生产， 在汽车板生产方面，引进先进技术，迅速提高汽车板生产水品，使本钢汽车板生 产水平的发展满足目前汽车生产发展的需要嗣。 1 3i f 钢的发展状况及主要技术特征 1 3 1i f 钢国内外发展状况 1 3 1 1i f 钢国外发展状况 i f 钢的发展历史与其生产成本密切相关。c o m s t o c k 等人在1 9 4 9 年最先发现， 当在普通的低碳钢中加入足够量的t i ( t i 4 ( c + n ) ) 时，钢中的c 、n 间隙原子就完 全被t i 固定。析出成t i ( c n ) 化合物，此时该钢具有优异的深冲性能。这便成了 i f 钢发展的基础。但那时冶炼的低碳钢中c 、n 含量相对较高( 约为0 0 5 c ， o 0 3 n ) ，相应需添加的n 量也就较多( o 2 5 0 3 5 ) ，而1 1 的价格昂贵，使i f 钢的批量生产和使用受到限制，其进一步研究由此搁浅。 在钢水真空处理技术尚未研究成功之前，对一些出自冶炼的问题，如钢中产 生“白点”，可以采用缓冷这一效率低、周期长的补救方法使钢中的有害气体( 氢 气) 逸出加以消除。深冲钢、超深冲钢生产对成分的苛刻要求促进了钢水真空处 理技术的发展。真空处理法从1 9 5 9 年正式投入工业性生产以后发展较快，自5 0 - 4 东北大学硕士学位论文 1 绪论 年代后期，经历了单纯的真空脱气、全面提高钢材质量和与连铸配套生产三个重 要的发展时期，以其显著提高钢材质量和降低生产成本的特点而得到迅速推广。 迄今为止【7 1 ，钢水真空处理技术已有日本川崎钢厂的s s v o d 强搅拌真空氩氧法， 新日铁室兰钢厂r l t o b 循环吹氧脱气法，美国芬克尔莫尔公司v a d 真空电弧 加热脱气法，联邦德国d h 提升脱气法，德国鲁尔公司r h 循环脱气法等。 2 0 世纪6 0 年代后期，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用，钢中的c 含 量可以降低到0 , 0 1 以下，于是i f 钢重新引起了冶金学家的兴趣，1 9 6 7 1 9 7 0 年 出现商用髓- i f 钢，即第一代i f 钢，其主要特征是低的碳含量及采用罩式炉进行 退火处理。同期，n b 在改善深冲性能方面的作用也被发现。在2 0 世纪8 0 年代， 冶金生产技术得到进一步的发展，采用底吹转炉和改进的真空脱气处理可以经济 地生产出c 堇o 0 0 2 的超低碳钢，真空脱气处理时间缩短至2 5 分钟以内，从而 由传统的i f 钢时期步入现代i f 钢时代【3 】即第二代i f 钢。现代i f 钢的成分范围 大致为：c 耋0 0 0 5 、n 三o 0 0 3 、有效钛或有效铌( 质量分数) c ( 质量分数) m 1 。有效钛含量是指去除可与钢水中c 和n 反应生成t i c 及t i n 的t i 含量后所 剩余的总t i 含量，有效钛含量( t i + ) 可按( 卜1 ) 式计算； t i 9 6 = t i - 4 ( c ) 一3 4 3 ( n )( 1 - i ) 值得注意的是，工业生产的超低碳钢( o 0 0 1 - 0 0 0 5 c ) 若不经过t i 、n b 处 理，其r 值并不高，因此微合金化是i f 钢冶炼的又一关键因素。尽管关于最佳 的t i 、n b 的含量观点不尽一致，但超低碳钢经过t i 、处理后r 值的提高是公 认的事实。 有效t j 含量 图1 - 2 有效t i 含量与r 值之间的关系m 肼晷l - 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne f f e c t i v et ic o n t e n ta n dr - v a l u e 当添加到钢水中的t i 含量足以使普通钢变成i f 钢时，薄钢板的力学性能发 生如图卜2 所示的变化 1 】。第二代i f 钢由于t i 和n b 含量的控制使钢的成分达到 超低碳( u l c ) 的水平，同时进行高温连续退火，通过控制退火温度和细化热轧 板的晶粒进而达到控制织构成分的目的，从而获得r 值超过2 0 的e d d o 级i f 钢。 5 查些查堂翌主堂壁垒圭 ! 竺笙 1 3 1 2 国外i f 钢系列产品发展情况 随着i f 钢的大批量生产，使冷轧薄板成型性问题得以解决，但同时叉引发了 以i f 钢为基础的系列超低碳钢研究热点，如以减重节能为目标的超深冲高强度 板、以防腐为目标的各种镀锌板、以提高视觉效果为目标的镜面板和具有优良的 综合性能的超低碳高强b h 板等。 高强度i f 板可以满足用户对高的强度和良好的成形性的要求，它是通过在 i f 钢基体上适当添加p 、s i 和m n 元素进行固溶强化以保证强度【l 】。其中p 是强 化效果最好而价格又最低廉的添加元素，但其含量较高时超低碳钢有发生冷加工 脆性的倾向，原因是p 易在晶界偏析使晶界脆化【“，解决的方法是加入适量的b ( 2 0 p p m ) ，它将在晶界处快速偏析而起强化作用，同时抑制p 的晶界偏析【 1 引。 由于高强度钢板的采用，汽车用钢板的厚度减薄，从而对钢板的防腐蚀性提 出了更高的要求，促进了高强度表面处理钢板的发展，特别是热镀锌钢板。在高 强度i f 冷轧钢板的基础上又开发了一系列热镀锌高强度i f 钢板，其中多为合金 化热镀锌钢板，将i f 钢的超深冲、合金元素( p 、m n 、s i 等) 的固溶强化性和热 镀锌的高耐蚀性三者融于一体，使强度深冲性耐蚀性达到较好匹配。但由于热 镀锌合金化工艺的特殊性，将造成成型性能的下降，因此要获得高n 值、高r 值 的合金化热镀锌钢板，必须对钢的成分和生产工艺进一步优化。法国索拉克 ( s o l a e ) 公司在1 9 9 0 年已能生产以i f 钢为基板的镀锌板，供法国和欧洲各汽车 厂使用【1 9 1 。 超低碳烘烤硬化钢板( 简称b h 钢板，即b a k e n h a r d e n i n gs t e e l ) 最早由美国 内陆钢铁公司开发成功，是兼有优良深冲性能和高的烘烤硬化性能的新型优质汽 车用薄板，其特点是冲压成形前强度较低，易进行成形加工，冲压成形后在烤漆 过程中( 1 7 04 c 3 0 m i n ) 屈服强度增加【3 j 。b h 钢板的强化是通过固溶强化实现 的，烘烤过程中，钢中固溶的c 、n 原子对冲压成形时产生的形变诱发位错起钉 扎作用( c o t t r e l l 效应) ，使屈服强度提高约4 0 m p a 。其关键是在钢板出厂时保证 钢中含有( 5 2 0 ) 1 0 6 的间隙固溶碳含量以供烘烤时的析出硬化。烘烤硬化钢 最好采取连续退火处理，但也可以用全氢罩式炉进行退火。现在已经能够生产不 同强度和冲压级别的系列烘烤硬化板。 另外，为适应汽车工业对更高强度级别钢板的使用要求，国外又开发了含c u 高强度i f 钢板，通过添加c u 并采取合适的退火制度，获得了高r 值的5 9 0m p a 级的高强度深冲钢板。 1 3 1 3i f 钢国内进展情况 我国的汽车钢板生产，在经历了约5 0 年的发展后已经初具规模。已经能够 6 一 东北大学硕士学位论文 1 绪论 生产全部普通强度o s 0 0 1 5 时，则 1 1 1 ) 织构强度突然下降，r 值也突 然下降。 5 ) 硫( s ) 元素的影响 硫在深冲钢中是有害元素，应尽可能的降低i f 钢中硫的含量。硫通常在钢中 形成硫化物如m n s 、t i s 、t i - n b s 等。根据国外对钢的分析结果，i f 钢的硫 含量均控制在o 0 0 8 以下。”。硫在铁水预处理后可降至0 0 1 左右，然后经转炉 吹炼降硫3 0 5 0 9 6 时，i f 钢中的硫可降至o 0 0 5 o 0 0 7 的水平。 6 ) 磷( p ) 元素的影响 磷对钢一般来说是一种有害元素，会增加钢的脆性，但是磷也是一种可以提 高钢强度最有效的元素，对于低碳钢适当的加入磷，可以生产成形性优良的深冲 钢强钢。研究发现在钢种加入适量的磷，对其成形性影响不大，但可以大大提高 钢的强度。磷对钢的成形性总的影响是，随着钢中磷含量的增加，抗拉强度和屈 服强度增加，总伸长率、n 值、r 值均降低。也有研究认为，在脱碳脱氮的薄板钢 中加入0 0 5 0 0 8 的磷，反而可以提高钢板的r 型“。 - 9 - 东北大学硕士学位论文1 绪论 7 ) 不同合盒元素的i f 钢的特点 按添加元素分类，目前工业生产的摩钢有三种，既单一添加钛的t i i f 钢， 单一添加铌的n b i f 钢和复合添加钛铌的t i + n b i f 钢。i f 钢微合金元素的作用见 表1 1 3 ： 表1 - 3i f 铜微合金元素的作用 t a b l e l - 3t h ee f f e c to f m i c r o a l l o y e l e m e n t so ni f s t e e l l f 钢种类微合金元素的作用 t i i f 钢t i 固定n 、c 、s n b i f 钢n b 固定c 、a i 同定n ”+ _ n b - i f 钢固定n ，n b 同定c 三种i f 钢具有各自的优缺点。 t i i f 钢的特点是：力学性能优异，对成分和工艺参数的变化不敏感，即性 能稳定，工艺过程的可操作性强；力学性能的平面各项异性( r 、6 ) 大； 镀层抗粉化能力差，不适合镀锌；再结晶温度低；抗冷加工脆性弱。 n b - i f 钢的特点是：力学性能的平面各向异性( ar 、6 ) 小；镀层的 抗粉化能力较好：r 值、e l 值不及t i i f 钢好，且力学性能对工艺比较敏感，高 温卷取会带来板卷头、尾性能较差：再结晶温度明显商于t i i f 钢，且力学性 能不及t i i f 钢好；对工艺敏感，可操作性差。 n b + t i i f 钢兼有t i i f 钢和n b i f 钢两者的优点，其特点是：其力学性能 优于n b i f 钢；其力学性能对工艺不敏感、整卷性能稳定：镀层具有良好的 抗粉化性能；适合在高温连续退火工艺下生产出e d d q 、s e d d q 级的超深冲 钢板，适合于生产超深冲钢、高强钢、b h 钢及热镀锌钢板。 1 3 3 生产工艺特点 i f 钢的冶金工艺流程见图1 3 。冶金工艺流程的每一步工序，从成份控制 到热轧、冷轧、退火、平整等，都影响i f 钢的最终性能f 2 1 1 。 图1 3i f 钢的冶金工艺流程 f i g 1 3t h em e t a l l u r g yp r o c e s so f i fs t e e l 1 0 圜 圆圆田回 一 东北大学硕士学位论文 1 绪论 1 3 3 1 冶炼工艺特点 成份是i f 钢性能的先决因素，i f 钢的冶炼工艺主要是解决脱碳和防止增碳、 降氮和防止增氮、纯净度控制及微合金化。对深冲钢研究的一个重要结论是：随 固溶c 的增加( o 0 0 0 3 o - 0 0 0 5 ) 再结晶织构 1 1 1 组分急剧减少，严重损害r 值。固溶n 有着与固溶c 相式的作用。i f 钢生产通过真空脱气使c 、n 含量尽量 低，既可以得到高的r 值，又可以减少t i 、n b 合金消耗。 1 3 3 2 热轧工艺特点 热轧工艺是得到良好i f 钢质量的重要环节。i f 钢要获得良好超深冲性能促进 n d ( 1 1 1 ) 织构的形成，热轧工艺采用低温加热、低温终轧、铁索体区润滑轧 制、高的终轧压下率、轧后迅速冷却和高温卷取的控制方法，以获得高的板带组 织性能。 热轧 1 板坯低温加热 2 热带晶粒细化 ( 1 ) a n 以上终轧 ( 2 ) 终轧后迅速冷却 ( 3 ) 高终轧压下率 3 铁索体区润滑轧制 冷轧退火 囹一圈 图1 - 4 促进n d 织构形成的生产过程控制原理 f i g 1 4t h e c o n t r o lt h e o r yo f m a n u f a c t u r e p r o c e s s e s o ne n h a n c i n gn d t e x t u r e 图卜4 表示促进有利于深冲性能的n d ( 1 1 1 织构形成的i f 钢生产过程控制 原理【2 2 】。 1 3 3 3 冷轧工艺特点 冷轧对退火后i f 钢深冲性能影响的主要因素是冷轧总的压下率。在适当成份 和合理的热轧之后，保证充分的冷轧压下量是获得高的r 值的重要条件。冷轧压 下率增加， 1 1 1 织构密度增加，特别是 l l l 增加最显著对i f 钢，r 值随冷 轧压下率增加而单调增加，直到压下量高达9 0 。 1 3 3 4 退火工艺特点 i f 钢需要较高的退火温度，对加热速度不敏感。添加的微合金元素( t i 、n b 、 t i + n b ) 不同，要求的退火温度不同。采用的退火方式不同，退火工艺也不同， 罩式退火的冷点温度一般控制为6 8 0 - 7 1 0 ( 2 ，保温时间越长，越有利于深冲性能。 - 1 1 东北大学硕士学位论文1 绪论 连续退火温度一般控制为8 3 8 7 0 ，保温l 以分钟，i f 钢连续退火不需要过时 效处理。连续退火采用较高的退火温度，以促进1 1 1 1 织构发展，有利于深冲性能 的提高，但是必须低于相变点；当退火温度高于再结晶温度时，退火时间大于某 个临界值，退火时间对深冲性能的影响不大。 1 3 4 工艺控制对组织性能的影响 1 3 4 1 热轧及卷取温度的影响 i f 钢在热轧过程中要发生第二相粒子的圃溶和析出、奥氏体的形变和再结 晶，y o 相变，如果在n 区终轧时甚至产生铁素体形变和再结晶。热轧板的微观 组织和析出物的形态对最终性能有很大影响。热轧得到细小均匀铁素体晶粒和粗 大的析出物有利于r 值和塑性的提高【2 3 】。细小弥散的析出物阻碍再结晶和晶粒长 大，降低r 值。对给定成份的i f 钢，热轧工艺参数( 板坯加热温度、轧制速度、 压下量、卷取温度等) 决定了热轧板的组织和析出物形貌。 1 ) 板坯加热温度( s r t ) 在板坯加热过程中要发生第二相粒子的溶解。碳氮化物的溶解( 或析出) 与 温度及钢中c 、n 、t i 、n b 、a 1 的含量有关，由溶度积来控制。s o t o h 等人研究了 在1 0 0 0 和1 2 5 0 加热是碳氮化物溶解情况，其结果是：n b c 在1 0 0 0 c 完全溶 解，m n 在1 2 5 0 完全洛解，而t i ( c n ) 在1 2 5 0 尚未完全溶解，而且t i i f 钢中t i ( c n ) 微粒在1 2 5 0 加热温度下比在1 0 0 0 加热温度下更细小、弥敞“”。 显然加热时未溶解的碳氮化物必定粗大。所以低温加热容易得到粗大的析出物， 特别是对t i i f 钢。因此不难理解低温加热对r 值有利( 尤其对t i i f 钢) 。有 的研究认为，随钢中n b 、t i 含量增加，板坯加热温度对r 值的影响减小。总之， 在i f 钢生产中采取低温加热是有利的，尤其是在t i ，n b 加入量较少的情况下。 2 ) 终轧温度( f t ) 许多研究者研究了终轧温度对t i - i f 钢的影响。尽管他们的结果存在一些差 异，但都发现终轧温度对t i i f 钢的r 值影响很小。而对n b q f 钢，桥本等人发现 终轧温度对r 值有明显影响1 2 5 1 。随着终轧温度下降，r 值明显提高，特别是在n b c 原子比较低时。对n b c 原子比较低的钢，低温终轧易于发生形变诱导析出，并 使析出物粗化和使铁素体晶粒细化。 g u p t a 等人发现，终轧温度对n b + t i i f 钢r 值的影响比对t i i f 钢要显著【2 刚。 在8 3 5 9 2 0 之间，随终轧温度上升，r 值增加，并在约9 0 0 ( 2 处r 值有一峰值。 3 ) 卷取温度( c t ) 根掘已有的研究结果，多数观点认为，随卷取温度升高，再结晶温度下降， 1 2 东北大学硕士学位论文 i 绪论 r 值提高 2 5 】。卷取温度对h b i f 钢的影响显著，并且随过剩钛( t i + ) 增加，对t i - i f 钢卷取温度的影响减小。这些影响的原因在于，高温卷取有利于碳氮化物的析出 和粗化，特别是在较低温度( 热轧后) 下发生的析出。n b c 的析出温度比t i ( c n ) 的低，所以卷取温度对n b - i f 钢的影响大。但另一方面，若卷取温度太高则导致： ( i ) 由于产生更多的氧化铁皮使酸洗效率下降，尤其是当卷取温度c t 7 0 0 时 “”，这种现象更明显；( 2 ) 由于冷速不均使板卷的头尾性能较差。 最初的i f 钢是t i - i f 钢和n b - i f 钢，而t i - i f 钢在合金化成本上比n b i f 钢低，且具有良好的成形性。由于t i - i f 钢再结晶温度低，退火温度也较低，如 果在钢坯加热和热轧时采用低温卷取，可产生d d q 级t i _ i f 钢。n b + t i i f 钢热镀 锌层具有良好的抗粉化性能，其热轧卷取温度也与单独加| i i 或n b 不同。从降低 生产成本和控制带卷全长性能均匀性考虑，采取钢坯低温加热、低温卷取是有利 的。通常由于析出处理在卷取过程中完成，因此i f 钢的性能随卷取温度变化， 而卷取温度沿整个带卷长度并不均匀，带卷头部温度高，尾部温度低，这两部分 的性能不如中间部分。这一现象在卷取温度高于7 0 0 时更为明显。 在i f 钢生产中究竟应采取“高温卷取”还是“低温卷取”，各种文献说法不 一。一般来说，用罩式退火生产深冲铝镇静钢其热轧卷取温度最低( c t 为5 5 0 6 0 0 ) ；用连续退火生产深冲铝镇静钢，其卷取温度最高( c t 为7 0 0 7 5 0 ) ； 生产t i - i f 钢采用的卷取温度居中( c t 为6 5 0 7 0 0 ) ，生产n b i f 钢和t i 时曲i f 钢选用较高的卷取温度( c t 6 8 0 7 5 0 ) 。 1 ) 铁索体区轧制 近几年，为了降低生产成本，同时获得具有良好成形性能的热轧板，低碳及 超低碳铁素体区热轧工艺得到迅速发展。研究结果表明：要达到高的r 值，需要 阋整钢的成分和工艺条件。对低碳钢( l c ) 、微碳钢( e l c ) 和超低碳i f 钢 ( u l c - i f ) ，在精轧机上，采用适当的轧制压下率，就有可能利用现有的轧机实 现铁素体区轧制。铁素体区热轧的两个关键是：( 1 ) 在铁素体区精轧及终轧；( 2 ) 良好的热轧润滑条件。 从u l c i f 钢研究结果表明，在低温( 8 0 0 以下) 铁索体区轧制，采用有效 的润滑可以生产r 值达到1 8 的d d q 及热轧深冲板。 1 3 4 2 冷轧及退火工艺对钢板性能的影响 1 ) 冷轧压下量对钢板性能的影响 冷轧对退火后i f 钢深冲性能影响的主要因素是冷轧总压下率。在适当的成分 和合理的热轧之后，保证充分的冷轧压下量是获得高的r 值的重要条件。对i f 钢 r 值随冷轧压下率增加而单调增加，直至压下率高达9 0 p 8 】。在实际生产中，为 1 3 东北大学硕士学位论文 1 绪论 了获得高的r 值普遍采用的压下率均大于7 5 ，但由于设备能力的限制，压下率 一般不超过8 5 。 2 ) 退火工艺的影响 在冷轧薄板生产过程中，再结晶退火是一个关键的工艺环节。薄板在退火过 程中经历回复、再结晶和晶粒长大三个过程，均影响着成品板的性能。 首先，从冷轧钢板的硬度值随加热温度和保温时间的变化可以大致看出再结 晶过程材料组织的变化。两种i f 钢再结晶退火后的硬度变化规律是：当温度高于 5 8 0 时，t - 十n b i f 钢的硬度值开始急剧下降，此时钢板开始发生回复和再结晶 过程，温度在5 8 0 c 和7 0 0 之间，该温度区内再结晶过程进行激烈，再结晶晶 粒大量形核并长大，硬度值下降很快。当温度超过7 0 0 以后，随着温度的继续 升高，硬度值下降不大，此时钢板内的冷加工组织已完全消除，晶粒已完全再结 晶；对于n i f 钢，根据硬度的变化可知，其再结晶开始，终了均比t i + n b i f 钢 有所延迟，当温度在高于5 9 0 时，硬度值才开始急剧下降，曲线在5 9 0 7 2 0 之间，硬度值下降很快，之后，随温度值的升高硬度变化很小，这说明钢在7 2 0 已全部再结晶：t i i f 钢在6 0 0 左右时，硬度值下降一半，而t i + n b f 钢大约 在比6 0 0 低5 1 0 左右时，硬度才下降一半，根据常规再结晶温度定义，可 以得出该条件下t i i f 钢的名义再结晶温度在6 0 0 6 1 0 0 之问，t i + n _ b i f 钢在 5 9 0 6 0 0 之间。 冷轧i f 钢板在7 2 0 保温再结晶退火过程中，硬度随保温时间的改变而变化 的规律，在整个保温过程中，t i + n b ，i f ，t i i f 钢硬度值变化不大，并且硬度均较 低。说明以低速连续升温到7 2 0 9 c 的过程中，i f 钢板内的晶粒已经全部发生再结 晶；当保温时间达i h 时，钢板的硬度值已降到最低值，此时保温时闻再延长， 其硬度值基本不变。由此可以看出，在i f 钢退火过程中，退火温度是最关键的因 素，当钢板内晶粒充分再结晶后，保温时间的影响很小【2 9 ，3 0 】。 从t i + n b - i f 和t i i f 钢再结晶过程中的硬度及金相组织变化规律可以得出： i f 钢在罩式退火过程中，当加温到7 0 0 ，保温2 h 后，或当连续加热到7 2 0 以 上不保温，此时，冷轧板内晶粒会全部发生再结晶，且晶粒已基本为等轴。比较 这两种不同成份不同工艺的i f 钢冷轧板在相同的退火条件下硬度值及金相组织 变化规律发现，t i i f 钢板的再结晶开始温度、结束温度都相应的较t i + n b i f 钢 板略高，大约高5 1 0 * c 左右。 热轧卷取温度是影响再结晶过程的一个重要工艺参数，导致再结晶温度下 降，如图4 - 1 2 所示。高温卷取有利于碳氮化合物的析出和粗化，特别是对在较低 温度发生的析出，如n b c ，它的析出温度低于t i ( c 、n ) ，这样更有利于降低加 1 4 东北大学硕士学位论文 1 绪论 n b 钢的再结晶温度。因而，认为热轧卷取温度的升高是导致r n - i f 钢比t i + n b - i f 钢再结晶延迟的主要原因【2 9 1 。 许多研究指出，加t