退火工艺对低碳BH钢力学性能和深冲性能的影响 - 王丽萍 - 图文-

1、热加工工艺2013年5月第42卷第10期烘烤硬化汽车板(简称BH板是以低碳钢或超低碳钢为基础,通过添加微量合金元素而制成的烘烤硬化冷轧钢板,也是兼有优良深冲性能和高烘烤硬化性能的新型优质汽车用板1。由于冲压成形前较软,易成形加工,通过冲压成型后的涂漆烘烤过程使屈服强度提高,BH钢作为轿车外覆盖件得到了广泛应用2。高强汽车板不仅需要具有较高强度,还要具有优良的深冲性能。冲压钢板的深冲性能取决于111织构的发展,111织构的发展与退火工艺密切相关3。所以对BH钢而言,研究退火工艺与退火织构形成之间的关系尤为重要。通常采用EBSD技术来研究材料的织构和晶粒取向差等基本性能及特征4。本文研究不同退火工

2、艺下BH钢的力学性能及织构形成情况,目的是获得退火工艺对BH值和织构形成的影响规律,从而对生产工艺的制定提供指导。1实验方法1.1实验材料实验采用冷轧低碳BH钢,其化学成分见表1。1.2实验方案对实验钢进行模拟连续退火,退火温度825和850,退火保温时间分别为60、120和180s,冷却速度10/s。为论述方便,不同退火工艺下实验钢用编号见表2。采用MTS810拉伸试验机测试试样的屈服强度、抗拉强度、塑性应变比(r值和应变硬化指数(n值。对标准拉伸试样进行2%单向拉伸预变形后,在烘烤箱内170保温20min,测试烘烤后的屈服退火工艺对低碳BH钢力学性能和深冲性能的影响王丽萍,李维娟,刁羽,聂

3、丽丽,曹彦朋(辽宁科技大学材冶学院,辽宁鞍山114000摘要:针对低碳BH钢,测试不同退火工艺下的力学性能及BH值,并采用电子背散射衍射方法研究退火工艺对再结晶织构的影响。结果表明:850保温120s的退火工艺所获得的力学性能和BH值优异,且深冲性能良好。关键词:低碳钢;退火;BH值;织构;EBSD中图分类号:TG156.2文献标识码:A文章编号:1001-3814(201310-0233-04 Influence of Annealing Process on Mechanical Property andDeep-drawing of Low-carbon BH SteelWANG Lip

4、ing,LI Weijuan,DIAO Yu,NIE Lili,CAO Yanpeng (Department of Materials and Metallurgy,University of Science and Technology Liaoning,Anshan114000,China Abstract:The mechanical properties and BH value of low-carbon BH steel were tested under different annealing conditions.The effects of annealing proces

5、s on the recrystallization texture were studied by EBSD method.The results indicate that excellent mechanical property and BH value are gained with a good deep-drawing performance when the temperature and holding time are850and120s.Key words:low-carbon steel;annealing;bake-hardening value;texture;el

6、ectron back-scattered diffraction(EBSD收稿日期:2012-09-14作者简介:王丽萍(1986-,女,辽宁辽阳人,硕士,主要研究方向为低碳BH钢烘烤硬化机理;电话:158*;E-mail:563309634表2试验钢的退火工艺Tab.2Annealing process of test steel试样编号A1A2A3B1B2B3退火温度/825825825850850850退火时间/s6012018060120180表1实验钢的化学成分(质量分数,% Tab.1The chemical composition of test steel(wt%C N P

7、Mn S Si Al0.210.0020.0110.210.00750.010.019233DOI:10.14158/ki.1001-3814.2013.10.068Hot Working Technology 2013,Vol.42,No.10强度,计算烘烤硬化值(BH 值。BH ='0.2-x ,其中x 为达到规定预应变时所对应的流变应力,'0.2表示烘烤后再次拉伸时的屈服强度。采用电子背散射衍射技术(EBSD观测不同退火工艺下的织构形态。将退火处理后的钢板切割成12mm(轧向×10mm 试样,考虑到沿板厚方向织构有所不同,测试面为平行实验板面且距离为1/4板厚的

8、截平面,试样打磨后经25s 电解抛光,再用4%硝酸酒精腐蚀25s ,测定再结晶织构并利用OIM 软件对再结晶织构进行分析。2实验结果与分析2.1不同退火工艺下力学性能和BH 值对不同退火工艺下的BH 钢板进行了力学性能测试,测试结果如表3所示。可知,退火温度及保温时间影响着晶粒大小,进而影响力学性能和BH 值。退火温度相同时,保温时间的延长有利于再结晶晶粒继续长大,导致屈服强度和抗拉强度降低,但伸长率没有明显变化。退火温度为825时,随退火时间延长,n 值、r 值降低,BH 值增大;退火温度为850时,随退火时间延长,r 值增大,n 值先增大后减小,BH 先增大后减小。退火时间为60s 时,随

9、退火温度升高,平均晶粒尺寸变化不明显,屈服强度和抗拉强度升高,BH 值增大,n 值、r 值降低;退火时间为120s 时,随退火温度升高,平均晶粒尺寸增大,屈服强度和抗拉强度升高,BH 值增大,n 值、r 值增大;退火时间为180s 时,随退火温度升高,平均晶粒尺寸明显增大,屈服强度和抗拉强度降低,BH 值降低,n 值减小、r 值增大。2.2不同退火工艺下的织构图1中晶粒颜色不同代表晶粒的取向不同,由图可看出晶粒都发生了再结晶,在相同的退火温度下,随保温时间的延长,晶粒沿某些方向长大(B3。退火温度为825时,随保温时间的延长,111织构逐渐向001织构转变,退火温度为850时,织构变化不明显。

10、图2为不同退火工艺下试样的取向分布ODF(2=45°图。由图2分析知道,经退火后试样中-纤维织构表3不同退火工艺下实验钢的力学性能和晶粒尺寸Tab.3The mechanical properties and grain sizes of teststeel under different annealing conditions试样屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率(%n 值r 值BH 值/MPa 平均晶粒尺寸/mA1320351400.17 1.65-2810.2A2305348380.14 1.41-1210.6A3300343380.13 1.431110.0B132

11、9361380.14 1.38-109.7B2317349410.15 1.542111.5B3296335410.121.68-1818.0图1不同退火工艺下的取向成像图Fig.1Orientation imaging map under different annealing process(eB3(fB2(cA3(dB1(aA1(bA2100m 100m 100m100m100m100m234热加工工艺2013年5月第42卷第10期A2B3为主要的织构组分。可以看出,A 组试样织构强度的变化为:A1试样较强,A2、A3较弱。A1试样具有较强的111<112>织构,且其最大密度

12、为5.136。试样A2具有较弱的111<112>和112<110>织构,试样A3也有111<112>和112<110>织构,但相比试样A2,试样A3的111<112>和112<110>织构有所增强。由此可知,试样在825温度下发生再结晶,并且随保温时间的延长,111<112>织构向112<110>织构转变,织构的强度在降低。B 组试样织构强度的变化为:B3试样最强,B1试样最弱,B2介于两者之间。B1试样只有111<110>织构,强度较弱,最大密度为3.568。B2试样有较强的111&l

13、t;110>织构,最大密度为4.976,且出现了较弱的110<011>织构和100<011>织构。B3试样有较强的111<112>织构,织构强度比B2试样强,最大密度为5.508,且也有较弱的110<011>织构和100<011>织构。可知,试样在850下退火,随保温时间的延长,-纤维织构织构强度逐渐增强,111<110>织构向111<112>织构转变。图3为不同退火工艺下取向线对比图。由图3(a可以看出,A1试样中111<112>织构密度最大,A1和A2试样的织构均很弱。可以说A1试样具有较

14、高的111织构,即纤维织构。从图3(b 可以看出,B2试样中的111<112>织构密度最大,B1有较强的111<110>织构,B3有较强的111<110>和111<112>织构。取111面上织构的平均值,B2实验钢具有较高的111织构,即-纤维织构。从图2和图3可以分析出:A1、B2和B3实验钢具有较强的-纤维织构,即有利于钢板深冲性能的织构。但由表1知,A1实验钢的BH 值为负,其退火工艺不宜应用于实际生产;B3实验钢晶粒再结晶长大,晶粒过于粗大,影响力学性能。B2实验钢退火再结晶后晶粒较细小,BH 值为21MPa ,且具有较强的-纤维织构。因

15、此实验钢经850保温120s 退火(eB3(fB2(cA3(dB1(aA1(bA2图2不同退火工艺下试样的ODF(2=45°图Fig.2ODF sectional views (2=45°under different annealing process5.04.54.03.53.02.52.060657075808590O D F 织构强度准/(°(a825A1A3B2B15.04.54.03.53.02.52.01.51.00.560657075808590准/(°O D F 织构强度(b850图3不同退火工艺下沿取向线的取向密度变化Fig.3Ori

16、entation density of -fiber under differentannealing process235Hot Working Technology2013,Vol.42,No.10处理后具有良好的力学性能和深冲性能。3讨论由于薄钢板的塑性应变比(r是衡量其深冲性能优劣的重要指标,它的大小取决于钢板的织构特征和强度,111织构愈强,r值愈高,深冲性能愈好。因此,退火后BH钢板中-纤维织构的强弱就成为决定r值大小的关键因素。保温时间相同时,钢板在850下退火比825时织构更强,同时r值也更大。阻碍111再结晶织构发展的主要机制是细小弥散分布的第二相粒子对晶界迁移的钉扎作用,分

17、布在晶界上的这些粒子所产生的钉扎力同样会阻碍晶粒的长大。退火温度的升高,一方面加热速度增快,再结晶提前发生和完成,晶粒长大过程相对延长;另一方面,热激活条件改善,特别是再结晶完成后继续升温、保温过程中晶粒进一步长大,第二相粒子溶解数量也增多,对织构发展的阻碍作用减弱,进而促进111再结晶织构的发展,所以高温退火最终得到较高的r值3。退火温度不同时,随退火时间的延长,再结晶晶粒尺寸和织构强度的变化趋势不同。825退火由于温度较低,第二相粒子溶解的很少,随保温时间的延长,析出相对晶界的钉扎作用没有明显变化,晶粒尺寸变化不明显,对再结晶织构发展的阻碍作用也没有明显变化,同时r值没有增大的趋势。850

18、退火时再结晶晶粒中析出物溶解数量增多,随保温时间的延长,析出相对晶界迁移的钉扎作用减弱,晶粒长大趋势明显,退火再结晶织构发展的阻碍作用减弱,r值逐渐增大。4结论(1实验用低碳BH钢825温度退火时就发生了再结晶,并随保温时间的延长,晶粒长大不明显,-纤维织构强度逐渐减弱;850退火时,随保温时间的延长,晶粒长大,-纤维织构强度逐渐增强, 111<110>织构向111<112>织构转变。(2退火工艺为850保温120s时,实验钢具有较好的力学性能、BH值和深冲性能,综合性能良好。参考文献:1康永林.现代汽车板工艺及成形理论与技术M.北京:冶金工业出版社,2009.2孙方义

19、,吴青松.Nb超低碳烘烤硬化钢的组织和性能研究J.武汉工程职业技术学院学报,2010,22(3:17-19.3冯月雪,康永林,刘光明.ULC-BH钢连续退火过程织构的演变规律研究J.热加工工艺,2011,40(16:164-167.4Adams B L,Dingley D I,Lunze K,et al.Orientation imagingmicroscopy:new possibilities for micostructural investigations using auto mated BKD analysisJ.Materials Science Forum, 1994,(157

20、-162:31-42.(上接第34页4金自力,任慧平,张红杰.无取向硅钢退火织构的演变与磁性能关系的研究J.材料热处理学报,2007,28(2:77-80. 5吴树建,余伟.连退工艺对冷轧无取向电工钢性能的影响A.2009年全国冷轧板带生产技术交流会文集C.北京:冶金工业出版社,2009.276-283.6朱涛,施立发,陈其安.组织与织构对CSP工艺生产冷轧无取向电工钢磁性能的影响J.钢铁钒钛,2008,29(4:48-52. 7Li Min,Xiao Yude,Wang Wei,et al.Effect of annealingparameter on microstructure and magnetic properties of cold rolled non-oriented non-oriented electrical steelsJ.Transaction Nonferrous Metal Society of China,2007,17: 74-78.8王峰涛,王波.低硅无取向电工钢退火过程中晶粒组织变化对磁性的影响J.金属功能材料,2009,16(4:8-12.9贾儒松,周旭东,李俊.连续退火炉内