冷轧深冲用钢生产工艺改进

马孝娟，胡洪林，卢鹏程

（宝钢集团八钢公司制造管理部）

1 前言

冷轧深冲用钢板具有良好的力学性能和良好的成型性，使其在汽车用钢领域中得到了长足的发展和广泛的运用。由于汽车工业对冷轧钢板的质量要求越来越高，具有优异成型性的冷轧深冲用钢才能满足用户对汽车用钢加工成型的要求。八钢公司为适应市场的需要，开发了用冷轧低碳钢生产深冲用钢板，试制后其力学性能和金相组织均合格，但供用户使用后出现开裂现象，为此对该产品成分进行了分析，对生产工艺进行了改进。

2 冷轧深冲用钢的试制

2.1 冷轧深冲用钢试制工艺

冷轧深冲用钢的试制采用化学成分（质量分数）为C 0.025%、Mn 0.18%、Si 0.02%、Al 0.045%、Ti 0.017%的冷轧低碳钢。热轧采用1190～1250℃的板坯加热温度、880℃的终轧温度、570℃的卷取温度，冷轧轧机采用68%～73%的压下率，罩式炉采用710℃的退火温度。

2.2 试制结果

试制了厚度规格0.8～1.0mm五组材料，力学性能达到了标准对深冲用钢的要求[1]。

表1 试制产品的力学性能

成品的金相组织见图1，组织为铁素体+球粒状渗碳体，晶粒大小均匀，晶粒度7级，球粒状渗碳体颗粒明显较少，并且分布弥散，组织状态较好。

图1 改进前试制产品的金相组织×500

2.3 用户使用结果分析

用户使用试制的冷轧板冲压轮胎盖板发生开裂（见图2），从开裂处断面形貌（见图3）可见，断口处的最终断裂带与冷轧板厚度相比明显减薄，说明材料在冲压加工过程中减薄后发生了开裂。

图2 试制冷轧板冲压开裂图

图3 试制冷轧板冲压开裂断口形貌

分析用户试用的结果：采用低碳钢成分生产的深冲用钢不能满足用户使用要求，由断口可见材料在减薄后最终开裂。

试制的力学性能r值为1.5～1.7，n值为0.214～0.221。n值、r值是表示冷轧板冲压性能的主要指标，其中r值是塑性应变比，是拉伸试验中真实宽度应变与真实厚度应变的比值r=εb/εt。εb为宽度方向的塑性应变；εt为厚度方向的塑性应变比[2]。它是表示材料抵抗厚度方向减薄能力的指标，在冲压变形过程中r值越高，材料越不易在厚度方向发展变形，抗厚度方向的减薄能力越强。塑性应变比r值与含碳量关系见图4[3]，由图4可见随着含碳量的增加，塑性应变比r值显著减小，碳含量是影响r值的决定性因素。通过工艺分析及对比，为提高r值决定采用超低碳的IF钢试制冷轧冲压用钢。

图4 塑性应变比r与碳含量的关系

应变硬化指数n值是反映板材塑性变形过程中形变强化的能力[9]，明显下降。因此n值越大，板材变形能力越大。

3 改进后的生产工艺试制

IF钢是在超低碳钢(C<0.005%)中加入一定比例的Ti，使钢中固溶C和N的含量降到0.01%以下，使铁素体得到深层次的净化，从而得到良好的深冲性能。IF钢具有强烈的{111}织构，r值大于1.8，可用于复杂形状的冲压件[4]。

3.1 化学成分控制

IF钢即无间隙原子钢，超低碳是其显著特点，一般含碳量C<0.005%，IF钢中即使有少量C固溶也会导致r值下降，并且产生固溶强化使屈服强度升高，屈强比升高，n值下降，N对钢的有害作用与C类似，在超低碳钢中加入一定量的Ti将钢中的间隙原子C、N固定成碳化物、氮化物，避免C、N原子固溶[4]。Mn含量增加屈服强度会上升，Mn太低材料也将失去防止钢的热脆的能力。Al是作为脱氧剂加入钢中的，加入适量的铝可将氧和氮固定在Al2O3和AlN中，同时还有利于形成{111}织构，利于提高材料的冲压性能[3]。综合考虑后试制采用的IF钢的化学成分（质量分数）：C≤0.002%、Mn为0.1%～0.2%、Si≤0.03%、P≤0.015、S≤0.012%、Al为0.03%～0.06%、Ti为0.04%～0.06%、N≤0.003%。

3.2 热轧工艺控制

热轧工艺对IF钢的最终性能有很大的影响。热轧工序采用低的板坯加热温度。有利于保障热轧后产生粗大的二相粒子和细小铁素体晶粒；高的终轧温度有利于形成均匀的等轴铁素体组织；高的卷取温度有利于r值的提高，但高温卷取会导致氧化铁皮厚，酸洗工序效率低，而IF钢本身有较好的冲压性能，因此采用670℃的卷取温度。热轧得到细小均匀的铁素体组织和粗大的析出物有利于形成强烈的{111}织构和提高r值，细小弥散的析出物阻碍再结晶和晶粒长大,对r值不利[5、6]。试制IF钢采用1130℃板坯加热温度，920℃终轧温度和670℃的卷取温度。

3.3 冷轧工艺

IF钢的r值随着冷轧压下率的增加而增加[7]，在考虑材料的综合力学性能、冷轧轧机的能力、原料卷的厚度，冷轧深冲用钢DC04的变形率为75%～80%。

冷轧钢带的退火处理是为了消除加工过程中产生的加工硬化和残余应力；通过退火的再结晶使晶粒具有要求的大小和形状，改善材料的组织结构，从而改善钢带的力学性能。研究表明[8]，Ti-IF钢在600～680℃开始再结晶过程，加热温度超过680℃基本完成再结晶过程，罩式退火炉卷心温度比控制温度低，为保证钢卷的充分退火和经济性将罩式炉退火控制温度设为730℃。

3.4 工艺改进后检测结果

（1）力学性能的检测。采用超低碳IF钢试制材料厚度规格为0.7～1.0mm，材料力学性能见表6，由表6可见工艺改进后，屈服强度明显下降，n、r值显著提高。

表2 工艺改进后试制产品的力学性能

（2）金相组织检测。改进工艺后试制的产品金相组织（图5）为铁素体，晶粒度7～8级，组织均匀。夹杂物有B类（氧化铝类）和D类（氧化物类）夹杂物，B类最高0.5级，D类最高1.5级。

图5 工艺改进后产品金相组织×100

3.5 用户使用情况

改进后产品用户试用后反馈：该批材料无开裂、起皱等质量缺陷，基本满足冲压车间生产要求。

3.6 试进后结果分析

采用IF钢化学成分和相应轧制工艺后，材质为超低碳无间隙原子钢，组织中未见球粒状渗碳体。材料的r值明显提高，达到了2.3～2.5，大大提高了冷轧材料的抗减薄能力，使钢板在冲压成型过程中不易开裂。n值由0.214～0.221提高至0.24～0.27，同时屈服强度，由170～195MPa下降至140～160MPa。屈服强度降低，加工时所需成形力小，回弹小。改进后试制的材料能够满足用户的冲压使用要求。

4 结束语

冷轧深冲压用IF钢改进后冲压性能得到了改善。屈服强度降低后，材料的弹性变形阶段缩短，材料容易屈服，成型后弹性回复小，有利于材料成型。n值提高，材料均匀变形的能力提高。r值高材料的抗变薄能力强，具有良好的冲压成型性能。

采用了超低碳的无间隙原子IF钢材质生产冷轧深冲用钢，高的塑性应变比、高的应变硬化指数、低的屈服强度，使材料具有优良的成型性能，最终产品满足了用户的使用要求。

[1]Q/BQB 403-2009冷连轧低碳钢板及钢带[S]

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