退火保溫時(shí)間對(duì)汽車用冷軋IF鋼組織性能的影響

彭 沖，唐小勇，楊源華

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001）

0 引言

現(xiàn)代汽車的發(fā)展趨勢(shì)是減重、節(jié)能、防腐、防污染、防噪音和安全舒適等，為適應(yīng)這一發(fā)展的需求，對(duì)汽車用鋼材性能的要求越來越高。汽車深沖用冷軋IF鋼是汽車制造所需鋼材的主要品種之一，市場(chǎng)需求量大，前景十分廣闊[1-3]。沖壓成形性能是汽車制造用鋼材的首要要求，冷軋汽車板的深沖性與其有利織構(gòu)組分的大小密切相關(guān)，有利織構(gòu){111}/{100}越高，塑性應(yīng)變比r 值越高，深沖性能越好。IF 鋼按沖壓級(jí)別可分為商用級(jí)（CQ）、普通沖壓級(jí)（DQ）、深沖壓級(jí)（DDQ）、特深沖壓級(jí)（EDDQ）和超深沖壓級(jí)（SEDDQ）等系列。另外隨著汽車減重、節(jié)能降耗的需要，薄規(guī)格的深沖IF鋼也將會(huì)應(yīng)用得越來越廣泛，這對(duì)材料的表面質(zhì)量、各向同性和強(qiáng)度都提出了更高的要求。

目前，新余鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱新鋼）已具備大批量生產(chǎn)全系列汽車用冷軋IF鋼的能力，但部分薄規(guī)格產(chǎn)品存在性能波動(dòng)較大的問題。在諸多生產(chǎn)工序中，退火工序是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響成品板的最終性能[4-5]。本文結(jié)合新鋼冷軋薄板退火工藝裝備的特點(diǎn)，研究了退火保溫時(shí)間對(duì)薄規(guī)格IF 鋼組織與性能的影響，為優(yōu)化薄規(guī)格IF 鋼生產(chǎn)工藝提供了依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方案

1.1 試驗(yàn)材料

此次退火實(shí)驗(yàn)選用的材料為新鋼卷板廠生產(chǎn)的0.35mm厚度冷軋硬板，實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分見表1。由表1可以看出，實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分較普通IF鋼，Mn元素和Alt含量更高，Ti元素含量更低，同時(shí)為了避免二次加工脆性，將P元素含量控制在0.015%以內(nèi)[6-8]。

表1 實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)儀器為日本ULVAC 理工株式會(huì)社生產(chǎn)的CCT-AY-Ⅱ連退模擬試驗(yàn)機(jī)，冷軋硬板的模擬連退試驗(yàn)方案如圖1所示。保證連續(xù)退火工藝中其他工藝參數(shù)不變，在退火溫度為730℃下，以保溫時(shí)間為變量，選取了1min、3min 和5min 三個(gè)不同的保溫時(shí)間分別開展試驗(yàn)，并在ZEISS 光學(xué)顯微鏡、CMT5105 萬能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)、ZEISS ULTRA 55 熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡上進(jìn)行檢測(cè)分析。

圖1 試驗(yàn)鋼模擬連退試驗(yàn)方案

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 退火保溫時(shí)間對(duì)微觀組織的影響

試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的金相組織如圖2所示。由圖2可以看出，在設(shè)定的退火溫度下，試樣在升溫過程中，其冷軋組織基本已完成了回復(fù)和再結(jié)晶過程，因此沿軋向伸長(zhǎng)的纖維狀組織大部分都轉(zhuǎn)變成了等軸狀。而隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，主要發(fā)生的是再結(jié)晶晶粒的合并長(zhǎng)大以及均勻化行為。保溫時(shí)間的增加促進(jìn)了溶質(zhì)原子在晶界附近的遷移，試樣中原子的擴(kuò)散行為更加活躍，因此使得晶粒的尺寸得到發(fā)展。此外還可以看出，隨著保溫時(shí)間的增加，各退火晶粒之間的尺寸差異減小。

圖2 試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的金相組織

2.2 退火保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響

試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的力學(xué)性能如表2所示，試驗(yàn)鋼退火后力學(xué)性能隨保溫時(shí)間的變化曲線如圖3所示。

由表2可以看出：當(dāng)保溫時(shí)間從1min 增加到5min，退火試樣的屈服強(qiáng)度從140MPa 降低到120MPa，降低了20MPa，但抗拉強(qiáng)度從304MPa降低到299MPa，變化很小，由此可見保溫時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)試驗(yàn)鋼抗拉強(qiáng)度的影響比較微弱；試樣的屈強(qiáng)比從0.46 降低到0.40，下降幅度較大，但下降速度隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而有所放緩，試樣鐵素體晶粒尺寸的增加和位錯(cuò)密度的減少必然使材料的強(qiáng)度降低，而試樣屈強(qiáng)比的降低則代表了試樣變形區(qū)域的增加，從而使得試樣的變形能力增強(qiáng)，這對(duì)試樣之后的成形過程是有利的；試樣的斷后伸長(zhǎng)率在保溫1min時(shí)為37.5%，但在保溫5min后增加到了40.1%，試樣的塑韌性有了較大的提升。

表2 試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的力學(xué)性能（90°方

塑性應(yīng)變比（r 值）和平面各向異性指數(shù)（Δr）均是反映鋼帶成形性能的重要指標(biāo)，保持各向同性有利于成形時(shí)材料在各個(gè)方向上穩(wěn)定流動(dòng)和相互協(xié)調(diào)，尤其是對(duì)某些圓筒形深沖件，如電池殼或?yàn)V清器等，能使壁厚減薄均勻并且無制耳[9]。圖3（b）反應(yīng)了保溫時(shí)間對(duì)塑性應(yīng)變比（r90）以及平面各向異性指數(shù)（Δr）這兩個(gè)成形性能指標(biāo)的影響。隨著保溫時(shí)間的增加，r90逐漸增大，經(jīng)保溫5 min 退火處理后試樣的r90最大，為2.22。但同時(shí)，試驗(yàn)鋼在各個(gè)方向上性能的均勻性隨退火時(shí)間的增加而受到了負(fù)面影響，保溫時(shí)間延長(zhǎng)的過程中也導(dǎo)致了Δr的增加。

圖3 試驗(yàn)鋼退火后力學(xué)性能隨保溫時(shí)間的變化曲線（90°方向）

從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，退火保溫時(shí)間在5min時(shí)，試驗(yàn)鋼屈強(qiáng)比最低，延伸率和r 值最高，綜合力學(xué)性能最佳。但考慮到實(shí)際生產(chǎn)以及效益等因素，保溫3min后退火是最佳選擇。

2.3 退火保溫時(shí)間對(duì)織構(gòu)的影響

IF 鋼深沖性能與再結(jié)晶織構(gòu)密切相關(guān)[10-11]，因此有必要對(duì)試驗(yàn)鋼的織構(gòu)進(jìn)行分析。利用EBSD實(shí)驗(yàn)手段分別對(duì)在1 min、3 min 和5 min 保溫時(shí)間下模擬退火的試樣進(jìn)行織構(gòu)觀察。試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的ODF 圖（歐拉角?2=45°）如圖4所示。由圖4中可以看出，不同保溫時(shí)間下的退火織構(gòu)也都表現(xiàn)為強(qiáng)的γ織構(gòu)和弱的α織構(gòu)。

圖4 試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的ODF圖（歐拉角?2=45°）

圖5為試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的α 和γ取向線上的織構(gòu)密度分布圖。由圖5可以看出，在退火織構(gòu)中，{111}<112>織構(gòu)強(qiáng)度最高且含量最多，{111}<110>織構(gòu)和{112}<110>織構(gòu)稍弱，{001}織構(gòu)的含量極少。圖5（a）反應(yīng)的是不同保溫時(shí)間下α 取向線上各織構(gòu)的強(qiáng)度，可以看出在保溫時(shí)間為1min 時(shí)，曲線下覆蓋的面積較大，而隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，曲線下的整體面積減小，意味著整個(gè)α 織構(gòu)的強(qiáng)度是隨著保溫時(shí)間的增加而減小的。圖5（b）反應(yīng)的是不同保溫時(shí)間下γ 取向線上各織構(gòu)的強(qiáng)度，可以看出γ 取向線上最大織構(gòu)密度值在保溫1min 時(shí)只有12，保溫3min 后織構(gòu)密度的最大值達(dá)到了近16，因此延長(zhǎng)保溫時(shí)間對(duì)增加γ 織構(gòu)的強(qiáng)度和提升r 值有明顯效果。但在保溫時(shí)間增加后，γ取向線上各織構(gòu)之間的強(qiáng)度差異變大，這使得材料的Δr值偏高。

圖5 試驗(yàn)鋼經(jīng)不同保溫時(shí)間退火后的α和γ取向線上的織構(gòu)密度分布圖

3 結(jié)論

通過對(duì)冷軋硬板進(jìn)行退火模擬試驗(yàn)，研究了退火保溫時(shí)間對(duì)薄規(guī)格IF 鋼最終組織和性能的影響規(guī)律。經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出如下結(jié)論：

（1）試驗(yàn)鋼的退火組織均為單一鐵素體，整體為餅形，但部分退火態(tài)晶粒仍沿軋制方向有一定程度的伸長(zhǎng)。退火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)使得再結(jié)晶行為更充分，晶粒更均勻，等軸晶粒比例增加，晶粒尺寸增大。

（2）退火保溫時(shí)間延長(zhǎng)，屈強(qiáng)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度變化不大，延伸率、塑性應(yīng)變比和平面各向異性指數(shù)提高。

（3）在退火織構(gòu)中，{111}<112>織構(gòu)強(qiáng)度最高且含量最多，{111}<110>織構(gòu)和{112}<110>織構(gòu)稍弱，{001}織構(gòu)的含量極少。退火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)使得{111}和{112}面織構(gòu)的含量增加，而{001}面織構(gòu)所占百分比降低。

（4）針對(duì)本試驗(yàn)鋼，保溫時(shí)間在5min 時(shí)，退火后綜合性能最佳。但考慮到生產(chǎn)的實(shí)際情況，保溫3min后退火是較好的選擇。