300 MPa薄規(guī)格熱軋酸洗鋼板組織與性能研究

徐巖松 ，孫成錢(qián) ，時(shí)曉光 ，張宇 ，董毅 ，高磊

（1.鞍鋼股份有限公司產(chǎn)品制造部,遼寧鞍山114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院,遼寧鞍山114009；3.鞍鋼股份有限公司產(chǎn)品發(fā)展部,遼寧鞍山114021）

熱軋酸洗鋼板是以?xún)?yōu)質(zhì)的熱軋鋼板為原料，經(jīng)酸洗機(jī)組去除氧化鐵皮后，直接供用戶(hù)使用，不經(jīng)過(guò)冷軋工序，表面質(zhì)量和使用要求介于熱軋鋼板和冷軋鋼板之間的中間產(chǎn)品，是部分熱軋鋼板和冷軋鋼板的理想替代產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(chē)、壓縮機(jī)、零配件加工及各種形狀的沖壓件等行業(yè)[1]。熱軋酸洗鋼板比熱軋鋼板表面質(zhì)量好，在保證表面質(zhì)量使用要求的前提下，相較于冷軋板，能夠有效地降低采購(gòu)成本，成為鋼鐵企業(yè)盈利能力較強(qiáng)的品種之一[2-4]。

鞍鋼通過(guò)在1780 mm熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行熱軋，在1700 mm酸洗生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行酸洗，生產(chǎn)出厚度為1.8 mm的300 MPa薄規(guī)格低碳熱軋酸洗鋼板，文中對(duì)該鋼板的組織和性能進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料采用鞍鋼連鑄坯，其規(guī)格為230 mm×1 280 mm×9 700 mm，化學(xué)成分見(jiàn)表1，連鑄坯經(jīng)鞍鋼1780 mm熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)上熱軋及1700 mm酸洗生產(chǎn)線(xiàn)上酸洗試制成300 MPa薄規(guī)格低碳熱軋酸洗薄板。具體工藝如下：將230 mm×1 280 mm×9 700 mm的連鑄坯在加熱爐中加熱至1 180℃，保溫約220 min后進(jìn)行軋制，精軋終軋溫度為880～900℃，鋼板在層流冷卻中進(jìn)行前段冷卻，并將鋼板以大于50℃/s的冷速冷卻至660～690℃后卷取，再對(duì)鋼板進(jìn)行鹽酸酸洗，酸洗拉矯延伸率為1.5%，成品鋼板的厚度為1.8 mm。

表1 試驗(yàn)鋼板的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 顯微組織

在鋼板寬度方向1/4處切取金相試樣，經(jīng)研磨、拋光和腐蝕后，通過(guò)ZEISS Aviovert 200 MAT光學(xué)顯微鏡對(duì)顯微組織進(jìn)行觀(guān)察和分析。試驗(yàn)鋼顯微組織見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)鋼的顯微組織

由圖1可知，試驗(yàn)鋼的顯微組織主要由鐵素體和少量珠光體組成，組織均勻，無(wú)帶狀組織，珠光體沿晶界分布，鐵素體晶粒度為9級(jí)。由于晶粒比較細(xì)小，為了獲得細(xì)小的組織，在相變前應(yīng)有細(xì)小的奧氏體晶粒，所以將連鑄坯加熱至1 180℃（較常規(guī)軋制加熱溫度低）。成品鋼板厚度規(guī)格為1.8 mm，相對(duì)于較薄規(guī)格的卷板，卷板冷卻有其特殊性，即連續(xù)冷卻+準(zhǔn)等溫過(guò)程。這一過(guò)程的特點(diǎn)是快冷時(shí)Ar1降低，如果在卷取前不發(fā)生相變，則相變發(fā)生在準(zhǔn)等溫過(guò)程。其優(yōu)點(diǎn)是，相變?cè)诤艽蟮倪^(guò)冷度下進(jìn)行，不僅形核率（均勻形核）提高，鐵素體長(zhǎng)大也會(huì)變慢，故而晶粒細(xì)小。所以在軋制變形后施行較快的冷速，使相變過(guò)程在較大的過(guò)冷度下進(jìn)行，將鋼板在層流冷卻中進(jìn)行前段冷卻，鋼板以大于50℃/s的冷速冷卻至660～690℃后進(jìn)行卷取，最終獲得細(xì)小的組織。

2.2 力學(xué)性能

經(jīng)熱軋及酸洗卷取后對(duì)鋼卷頭部、中部、尾部進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)。在鋼板寬度方向1/4處各切取2塊拉伸試樣進(jìn)行檢驗(yàn)。拉伸試樣采用縱向試樣，將其加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣后，在Z100電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸檢驗(yàn)，鋼板的力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

由表2可知，試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能良好，酸洗后的頭部、中部、尾部抗拉強(qiáng)度均高于310 MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到200 MPa以上，斷后延伸率高于42%，r值 0.5～0.6，n 值 0.19～0.21， 均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

此外，酸洗后的試驗(yàn)鋼屈服強(qiáng)度從頭部到尾部逐漸降低，這是由于酸洗后試驗(yàn)鋼的頭部、中部、尾部為試驗(yàn)鋼熱軋后的尾部、中部、頭部，熱軋時(shí)試驗(yàn)鋼的尾部為鋼卷外部，冷卻快，晶粒細(xì)小，所以熱軋時(shí)試驗(yàn)鋼的尾部屈服強(qiáng)度高，與之相對(duì)應(yīng)的為酸洗后試驗(yàn)鋼的頭部屈服強(qiáng)度高，酸洗后試驗(yàn)鋼從頭部到尾部抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)的規(guī)律一致。酸洗后試驗(yàn)鋼的斷后延伸率從頭部到尾部逐漸升高。

2.3 成形性能

材料的成形極限圖(FLD)表明了常用應(yīng)變范圍內(nèi)成形極限曲線(xiàn)（FLC）的形狀和對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)，能夠較為直觀(guān)和準(zhǔn)確表征材料成形性能，是評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)材料成形性的重要依據(jù)[5]。

通過(guò)對(duì)一側(cè)表面印有網(wǎng)格的試樣進(jìn)行脹形變形直至某個(gè)局部產(chǎn)生縮頸或破裂，測(cè)量縮頸區(qū)或破裂區(qū)附近發(fā)生畸變網(wǎng)格的長(zhǎng)短軸應(yīng)變，并分別作為縱軸和橫軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)于圖中，就繪制成了成形極限圖[6]。

汽車(chē)用鋼板幾乎全部經(jīng)過(guò)沖壓成形，而沖壓過(guò)程由拉延或脹形組成，所以拉延和脹形的性能決定了成形性。采用AMSME4.1成形分析軟件，對(duì)工業(yè)試制厚度為1.8 mm的試驗(yàn)鋼熱軋酸洗板進(jìn)行了成形性能分析，做出成形極限圖（FLD），分別見(jiàn)圖2、圖3和圖4。從圖中可以看出：試驗(yàn)鋼熱軋酸洗板在產(chǎn)品區(qū)域內(nèi)的成形極限值為22.777%（目標(biāo)值要大于10%），厚向減薄率為21.169%（目標(biāo)值要小于25%）。因此，該零件的成形結(jié)果是安全的。

圖2 分析試樣照片

圖3 零件區(qū)域成形極限圖

圖4 零件區(qū)域厚度減薄率圖

3 結(jié)論

（1）通過(guò)在1780 mm熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)上熱軋及1700 mm酸洗生產(chǎn)線(xiàn)上酸洗試制，獲得的熱軋酸洗鋼板的顯微組織主要由鐵素體和珠光體組成，鐵素體晶粒度為9級(jí)，鋼板的抗拉強(qiáng)度高于310 MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到200 MPa以上，延伸率高于42%，r值為 0.5～0.6，n值為 0.19～0.21。

（2）工業(yè)試制厚度為1.8 mm的試驗(yàn)鋼熱軋酸洗板在產(chǎn)品區(qū)域內(nèi)的成形極限值為22.777%，厚向減薄率為21.169%，使用試驗(yàn)鋼熱軋酸洗鋼板沖壓成此零件是安全的。