于　洋¹，王　暢¹，王　林¹，胡燕慧¹，陳　瑾²，王明哲²

（1．首鋼技術(shù)研究院，北京　100043；2．首鋼股份有限公司遷安鋼鐵公司，河北　遷安　064404）

摘　要：針對(duì)汽車沖壓零部件對(duì)冷軋帶鋼提出的低屈服強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率、低成本的要求，采用降低鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)至0.010%～0.030%、適當(dāng)添加B元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0015%～0.0025%）的微碳鋼，并采取U 形卷取溫度控制、高溫卷取和連續(xù)退火等措施，微碳鋼成品鋼卷屈服強(qiáng)度下降到180MPa以下的占比達(dá)95%以上，產(chǎn)品性能滿足汽車零部件沖壓要求。

關(guān)鍵詞：微碳鋼；B元素；U形卷取溫度控制；連續(xù)退火；力學(xué)性能

1　引言

沖壓成形用低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為0.04%～0.08%，對(duì)于一些成形性能和強(qiáng)度要求不是很高的汽車內(nèi)板部件，從材料成本考慮，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼仍占有一定的比例^［1］。而另一方面，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，將低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的碳含量降低為微碳，將是提高成形性能的有效方法。有研究指出當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.02%以下時(shí)，碳化物間距增大，有利于〈111〉／／N．D織構(gòu)的形成，從而提高r值^［2］，由此出現(xiàn)了微碳鋼。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白日化，越來越多的冷軋客戶在需要大變形的沖壓部件時(shí)，提出保證低屈服強(qiáng)度和高伸長(zhǎng)率的需求^［3］。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：厚度為0.6～2.1mm，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.030%～0.035%的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼帶鋼，只有將卷取溫度提高到750℃才能保證屈服強(qiáng)度低于180MPa的鋼卷比例達(dá)到70%以上。而750℃高溫卷取時(shí)，很容易發(fā)生因卷取夾送輥的夾送而造成帶鋼表層粗晶情況^［4］，故現(xiàn)場(chǎng)提出低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的卷取溫度應(yīng)控制為700℃，但這很難滿足用戶提出的低屈服強(qiáng)度需求。對(duì)此，一般采用IF鋼進(jìn)行替代生產(chǎn)以滿足客戶要求，但性能富裕較大，成本較高，微碳鋼的設(shè)計(jì)和研制就在此背景下產(chǎn)生的。

2　技術(shù)要求及化學(xué)成分設(shè)計(jì)

微碳鋼具有較低的屈服強(qiáng)度（R_eL≤190MPa）和抗拉強(qiáng)度（R_m≤310MPa），較高的伸長(zhǎng)率（A₈₀≥40%），主要用于一些變形較為復(fù)雜的難沖零件，其技術(shù)要求見表1?；瘜W(xué)成分設(shè)計(jì)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.010%～0.030%，同時(shí)添加B元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0015%～0.0025%），具體成分如表1所示。

3　微碳鋼工藝設(shè)定

3.1　加B對(duì)成品組織的影響

降低帶鋼屈服強(qiáng)度的途徑之一是使帶鋼連續(xù)退火處理后晶粒組織均勻粗化，因此提出了加B的化學(xué)成分設(shè)計(jì)方案^［5］。粗大的ＢＮ會(huì)從高溫奧氏體中優(yōu)先析出，抑制細(xì)小AlN的析出，使晶粒粗化；B原子在奧氏體晶界偏聚也會(huì)抑制鐵素體形核，使晶粒粗化；B與N優(yōu)先結(jié)合會(huì)有效降低鋼中的自由N含量。在加B鋼中，卷取溫度對(duì)應(yīng)變時(shí)效沒有影響；相反，在相似化學(xué)成分不添加Ｂ的鋼中，若要減少過時(shí)效處理后室溫時(shí)的固溶N含量以提高抗時(shí)效性能，卷取溫度需達(dá)720℃或更高。　

在原低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的化學(xué)成分基礎(chǔ)上加入B元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15×10^－6，在相同工藝下，加B鋼連續(xù)退火后帶鋼的屈服強(qiáng)度降低10MPa左右，其他力學(xué)性能變化不大。成形性能研究表明：加B后連續(xù)退火帶鋼的成形性能沒有受到影響。加B前后帶鋼金相組織對(duì)比如圖1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：加B帶鋼的晶粒組織得到了比較明顯的均勻粗化，這也是其屈服強(qiáng)度降低10MPa的主要原因。

3.2　U形卷取溫度控制對(duì)帶鋼全長(zhǎng)力學(xué)性能均勻性的影響

熱軋卷取時(shí)，鋼卷內(nèi)外圈比鋼卷中心部容易接近外部空氣，冷卻速率較快，從而使鋼卷內(nèi)外圈帶鋼的性能與鋼卷中心部存在差異，即鋼卷長(zhǎng)度方向的性能不均勻^［6］。為解決這個(gè)問題，熱軋時(shí)應(yīng)提高頭尾溫度以補(bǔ)償鋼卷內(nèi)外圈的溫降，即在熱軋層流冷卻階段采用鋼卷頭部少噴水、尾部不噴水的方法（即U形控制方式）來實(shí)現(xiàn)，使鋼卷頭尾溫度高于中部溫度，這樣卷取后鋼卷頭中尾性能基本接近。實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：40℃的U形卷取工藝下，帶尾依然存在不同程度的硬化，強(qiáng)度差值在15MPa左右，而之前相差30MPa，帶鋼全長(zhǎng)方向性能均勻性有所改善，見圖2。

3.3　卷取溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

微碳鋼采用熱軋高溫卷取、冷軋后連續(xù)退火的生產(chǎn)工藝。高溫卷取可使熱軋帶鋼的鐵素體晶粒粗大，碳化物因聚集而粗化，同時(shí)第二相粒子AlN也充分析出并長(zhǎng)大^［7］。其經(jīng)冷軋、連續(xù)退火后，鐵素體晶粒才能長(zhǎng)得足夠大，且固溶氮析出較完全，以降低時(shí)效現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)分析得出：在連續(xù)退火溫度固定為800℃，熱軋卷取溫度由650℃提高到720℃時(shí)，帶鋼屈服強(qiáng)度由190MPa下降到170MPa，抗拉強(qiáng)度由310MPa下降到287MPa，均明顯降低?？梢娋砣囟葘?duì)微碳鋼的力學(xué)性能有重要影響，卷取溫度至少要控制在700℃以上。

3.4  退火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

冷軋帶鋼退火的目的是使其組織軟化和再結(jié)晶，得到帶有擇優(yōu)取向的無應(yīng)變晶粒。連續(xù)退火加熱到兩相區(qū)某一溫度，當(dāng)奧氏體體積分?jǐn)?shù)達(dá)到20%～50%時(shí)，最適宜｛111｝再結(jié)晶織構(gòu)的發(fā)展^［8］。采用更高的退火均熱溫度則織構(gòu)將變得越來越弱，使ｒ值急劇下降。所以連續(xù)退火均熱溫度的制定要考慮｛111｝織構(gòu)的發(fā)展，從而有利于提高深沖性能?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)退火溫度控制在800℃以上，帶鋼屈服強(qiáng)度小于180MPa的比例可達(dá)90%以上。

4　微碳鋼實(shí)際生產(chǎn)情況

4.1　熱軋溫度控制

采用連續(xù)退火工藝生產(chǎn)微碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，熱軋過程中板坯加熱溫度不僅要考慮為了獲得足夠的塑性以利于軋制，還必須使AlN不能完全固溶到奧氏體中，以便在隨后的熱軋和高溫卷取中AlN以已有的析出物為質(zhì)點(diǎn)進(jìn)一步析出且粗化。這樣，板坯加熱溫度就不能太高，以避免在板坯冷卻過程中析出的AlN在加熱過程中固溶。當(dāng)然加熱溫度也不可太低，以保證終軋溫度足夠高，避免最終產(chǎn)生不利的混晶組織及織構(gòu)，因此板坯出爐溫度目標(biāo)設(shè)定為1230℃。精軋過程中，只有當(dāng)軋制溫度高于Ar3時(shí)才不會(huì)形成熱變形織構(gòu)，使晶粒取向呈混亂狀態(tài)，因此終軋溫度設(shè)定為890℃～930℃。

微碳鋼采用高溫卷取工藝，以使熱軋帶鋼鐵素體晶粒粗大，碳化物因聚集而粗大化，同時(shí)，第二相粒子AlN也充分析出并長(zhǎng)大，碳化物的聚集和粗大化使對(duì)深沖性能不利的織構(gòu)在碳化物附近減少，因此設(shè)定卷取溫度為700℃以上，同時(shí)采用頭尾Ｕ形卷取溫度控制模式。實(shí)際的熱軋工藝溫度控制如圖3所示。

4.2　退火溫度控制

帶鋼連續(xù)退火均熱溫度的制定要考慮｛111｝織構(gòu)的發(fā)展，該織構(gòu)發(fā)展在奧氏體體積分?jǐn)?shù)為20%～50%時(shí)最適宜，其有利于帶鋼深沖性能。當(dāng)然奧氏體的體積分?jǐn)?shù)及由此產(chǎn)生的退火溫度的不同是由鋼的成分（主要是由鋼中的碳含量）所決定的，不同成分的鋼種其均熱溫度不同?？紤]微碳鋼的成分特點(diǎn)，均熱溫度設(shè)定為800℃。

4.3　成品力學(xué)性能

采用上述工藝生產(chǎn)的成品鋼卷性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4，其屈服強(qiáng)度為140～190MPa，均值為169MPa；抗拉強(qiáng)度為285～315MPa，均值為305MPa；伸長(zhǎng)率為39%～50%，產(chǎn)品性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4　用戶使用情況

采上述工藝生產(chǎn)的微碳鋼帶鋼可替代原IF鋼進(jìn)行前排座椅橫梁等汽車復(fù)雜零件的深沖生產(chǎn)，無任何沖壓開裂、橘皮等問題，使用性能良好，見圖5。

5　結(jié)論

針對(duì)汽車沖壓零部件對(duì)冷軋帶鋼提出的低屈服強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率的要求，采用降低鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)至0.010%～0.030%、適當(dāng)添加B元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0015%～0.0025%）的微碳鋼，通過U形卷取溫度控制、高溫卷取和連續(xù)退火，微碳鋼成品鋼卷的屈服強(qiáng)度可達(dá)140～190MPa，伸長(zhǎng)率為39％～50％，產(chǎn)品性能基本滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

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