低碳冷轧罩式退火板组织性能研究

臧振东，马素娟，郭 健，魏焕君

（唐钢技术中心，河北 唐山 063016）

针对某钢厂DC01罩式退火板用户冲压成形开裂质量问题,通过实验室研究分析碳含量、酸溶铝含量、显微组织与DC01成形性能的关系，工艺上合理控制DC01碳含量、酸溶铝含量。

通过调整轧制及退火工艺改善显微组织结构，使DC01产品成形性能达到或接近DC03水平，满足客户冲压成形要求，具有实际研究应用价值。

1 试验分析方案

统计分析DC01的生产现状，找出了存在的问题，通过分析化学成分、金相组织对力学性能的影响，针对存在的问题，提出了改进的方案。

1.1 存在的问题

1.1.1 力学性能统计分析

随机取规格为0.6mm～1.7mm试样，进行力学性能分析，结果表明：断后伸长率(A80mm)34.0%～45.0%，明显低于DC03断后伸长率42%～50%的水平；r值为1.50～1.70之间也明显低于DC03的横向r值2.0左右的水平，因此需要解决的问题是提高伸长率和r值。

1.1.2 金相组织现状分析

对DC01开裂样与外厂合格样进行了金相组织比对分析发现组织均为铁素体+游离渗碳体（图1，）外厂合格样铁素体晶粒度为Ⅲ6.0级，饼形度为3.0～6.5，游离渗碳体尺寸较大的为3.37微米，面积比1.02%，沿晶界密排分布，有明显的方向性；开裂样晶粒度为Ⅱ9.0级，饼形度为2.6～3.2，游离渗碳体尺寸大的为4.67微米，面积比1.85%，呈分散性无规律分布于晶内、晶界，且有聚集现象。

DC01存在的主要问题为：断后伸长率低、r值低、铁素体晶粒细，饼形度低、游离渗碳体粗大，且分布聚集。

1.2 化学成分对力学性能的影响

对不同成分的0.6mm-1.7mm厚的29炉DC01进行了力学性能测试，其总体性能分布见表1，成分分布见表2。

表1 29炉DC01力学性能范围

表2 29炉DC01化学成分范围

由于C、Mn、Si、Als对DC01力学性能影响较大，而本批次Mn的变化量不大，Si的含量较低，因此主要针对C、Als对性能的影响进行了回归分析。

1.2.1 碳对力学性能的影响

试验结果表明,随着碳含量的升高，抗拉强度显著提升，r值逐渐降低，每增加0.01%碳,抗拉强度增加10MPa，r值降低0.1；碳含量的变化对断后伸长和n值无规律性影响。

1.2.2 Als对力学性能的影响

回归结果表明，随着Als含量的升高，r值显著提高，抗拉强度、断后伸长率逐渐降低，每增加0.01%的Als,r值提高0.15（r=1.27406+14.7173×Als%），抗拉强度降低2.4MPa，断后伸长率降低0.65%；Als含量的变化对n值无规律性影响。

1.3 金相组织对力学性能的影响

1.3.1 游离渗碳体对力学性能的影响

DC01组织中的渗碳体主要来自于热轧组织中的珠光体。冷轧时被破碎并随基体流动，同时也改变了原来的分布形态。罩式退火过程中，随着退火温度的升高，渗碳体逐渐溶解，退火后冷却时，又发生渗碳体的析出。资料表明，钢板中碳含量的变化直接影响渗碳体的尺寸、数量。随着钢板中碳含量的增加，单位面积渗碳体数量增多，平均尺寸减小。在碳含量一定的条件下，退火前(冷轧后)的渗碳体尺寸和数量与热轧状态组织中渗碳体的大小分布密切相关。如果卷取温度过高，渗碳体容易在晶界析出，而且较为粗大，若热轧后的渗碳体以细珠光体形态分布，则冷轧后的渗碳体数量多，平均尺寸小；反之，若热轧状态的渗碳体以块状(或退火珠光体)存在，则冷轧后渗碳体数量少，平均尺寸大。因此一定要控制低温卷曲。

图1 开裂样与外厂合格样微观组织对比

图2 Als与抗拉强度的回归关系

图3 Als与r值的回归关系

由图1可看出DC01金相组织由铁素体和游离渗碳体组成，铁素体晶粒为饼形晶粒，渗碳体以颗粒形态弥散分布于铁素体基体中，碳体的数量影响抗拉强度。随着钢板中析出的渗碳体颗粒度减小，单位面积颗粒数增加，钢板的抗拉强度升高。当钢板显微组织中渗碳体的析出形态呈链状分布、半网状分布、甚至网状分布时，试样拉伸时过早的沿渗碳体形成裂纹并扩展，导致延伸率降低。

1.3.2 铁素体晶粒度的影响

退火后饼形晶粒形成原因是由于罩式退火加热速度缓慢，有利于冷轧钢板中细小的AlN粒子在退火过程中沿轧制方向弥散析出，阻碍了铁素体晶粒在板厚方向上的生长．使成品板形成“饼型”晶粒组织。较低的卷取温度得到冷轧退火组织为明显的饼形晶粒组织，从而得到较强的{111}织构。这是因为低温卷取，高的冷却速率使AlN粒子在冷却过程中来不及析出，并在热轧板中保持固溶状态，在罩式退火缓慢升温过程中AlN在亚晶界上细小析出，使{111}晶核消除受限的{100}亚晶而长大，得到较大的饼形晶粒”，从而得到较强的{111}织构，有利于钢板的深冲性能。资料显示，AlN在800℃开始析出，600℃下几乎不析出，因此对罩式退火工艺，卷取温度应低于600℃。薄板晶粒的大小对塑性影响很大，晶粒过大，则塑性降低，在冲压成形时，不仅容易产生破裂，且制件表面还容易产生粗糙的桔皮，对后续的抛光、电镀、涂漆等工序带来不利影响；晶粒过细，则钢板强度高，塑性降低，回弹现象增加。因此，薄板的晶粒大小应适中，复杂拉深用的冷轧薄钢板，晶粒度应为6～8级。

综上分析：钢板获得大而均匀的晶粒和较少渗碳体颗粒的组织，同时游离渗碳体弥散分布，可确保较低的强度和高的延伸指标。

2 结论

（1）罩式退火冲压开裂的主要原因是退火板伸长率和r值偏低，铁素体晶粒细，游离渗碳体粗大，且分布聚集。

（2）得到Als含量与r值的线性关系，其线性回归公式为r=1.27406+14.7173×Als%。

（3）减少渗碳体颗数量，促进渗碳体弥散分布，可确保较低的强度和高的延伸指标。

（4）复杂拉深用的冷轧罩式退火板理想的晶粒度级别为6～8级。

[1]王川．超低碳铝镇静钢冷轧薄板再结晶温度及性能研究，2012年．