大應(yīng)變量冷軋鋼板中微觀組織與結(jié)構(gòu)的演變

韓傳懷 李步全

摘 要：當(dāng)前在我國汽車工業(yè)中，多使用高強度鋼板，不過使用薄厚度的高強度鋼板的汽車部件，與其作用相適應(yīng)的特性必須充分地發(fā)揮，為此對于冷軋的要求比較高。文章首先分析了Ti微合金化高強鋼的大應(yīng)變量冷軋工藝特點，從理論與實驗方面分析了大應(yīng)變量冷軋鋼板中微觀組織與結(jié)構(gòu)的演變過程，從而達(dá)到良好的強塑性配合。

關(guān)鍵詞：大應(yīng)變量冷軋鋼板；微觀組織與結(jié)構(gòu)；演變；Ti微合金化高強鋼

汽車工業(yè)是一個國家的支柱產(chǎn)業(yè)，其不僅是衡量一個國家工業(yè)化進(jìn)程及發(fā)達(dá)程度，同時也可以帶動冶金行業(yè)的發(fā)展。特別是從節(jié)約能源、減少廢氣排放和提高汽車的安全性能等方面考慮，汽車的車體重量的減輕成為極重要的方向。為了減輕汽車的車體重量，增加所使用的鋼板的強度，也就是說使用高強度鋼板，對于鋼板變薄是有效的。為此在制造汽車部件的過程中，需要對鋼板進(jìn)行大應(yīng)變量冷軋[1]。沖壓成形的情況下，當(dāng)鋼板的強度過高時，可導(dǎo)致形狀凍結(jié)性劣化、延性降低。并且在降低板厚時，耐壓痕性劣化，由此阻礙了高強度鋼板向汽車車體的應(yīng)用推廣[2]。文章具體探討了大應(yīng)變量冷軋鋼板中微觀組織與結(jié)構(gòu)的演變，為高強度鋼板的使用提供參考。

1 Ti微合金化高強鋼的大應(yīng)變量冷軋工藝分析

在Ti微合金化高強鋼的大應(yīng)變量冷軋工藝中，多采用薄板坯連鑄連軋，其取消了連鑄后的冷卻過程，而是直接進(jìn)入均熱爐，軋后采用層流冷卻工藝[3]。其可以使鋼中的合金元素處于固溶狀態(tài)，通使析出物有更精細(xì)的尺寸和彌散的均勻分布，從而發(fā)揮合金元素的潛力，減少合金元素的用量。不過在制造在Ti微合金化高強鋼的沖壓成形體時，作為沖壓成形前形成軟質(zhì)以使沖壓成形容易、在沖壓成形后使之硬化。同時這種鋼板在沖壓成形時保持為軟質(zhì)，確保形狀凍結(jié)性、延性，利用在沖壓成形后進(jìn)行的170℃左右的噴漆烘烤工序引起的應(yīng)變時效硬化現(xiàn)象得到屈服應(yīng)力的上升，確保耐壓痕性[4]。并且在沖壓成形后，在噴漆烘烤工序中固溶C固定于沖壓成形時所導(dǎo)入的位錯中，從而屈服應(yīng)力上升。為此掌握碳氮化物的沉淀析出規(guī)律，以及對微觀組織與結(jié)構(gòu)的演變的影響分析，可以充分發(fā)揮微合金元素的作用，制定恰當(dāng)?shù)囊睙挕⒖剀埡涂乩涔に囈彩潜匾摹?/p>

2 大應(yīng)變量冷軋鋼板中微觀組織與結(jié)構(gòu)的演變觀察

Ti微合金化高強鋼經(jīng)過冷軋，可導(dǎo)致金屬內(nèi)部晶粒被拉長、破碎和產(chǎn)生大量的晶體缺陷，導(dǎo)致內(nèi)部自由能升高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可恢復(fù)到比較完整、規(guī)則和自由能低的穩(wěn)定平衡狀態(tài)的趨勢。在此階段，能對再結(jié)晶產(chǎn)生顯著影響的因素，主要是冷軋變形量[5]。冷軋變形量越大，冷變形金屬中的儲存能越高，再結(jié)晶驅(qū)動力越大，形核率和長大速率越高，再結(jié)晶溫度也越高。研究表明隨著冷軋壓下率增加和冷軋板厚度減薄，鋼板的連續(xù)退火再結(jié)晶過程被提前并縮短，晶粒長大過程也相對延長。還有研究以薄板坯連鑄連軋工藝熱軋板為基板，經(jīng)冷軋后的退火再結(jié)晶行為，結(jié)果表明經(jīng)過鹽浴退火，其組織由被拉長的纖維狀晶粒變?yōu)榈容S狀晶粒，冷軋變形量越大，完成再結(jié)晶所需的保溫時間越短，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)小[6]。同時在外力的作用下，晶體內(nèi)的位錯不斷渭移或晶體內(nèi)出現(xiàn)機械孿生，造成金屬的塑性變形，同時晶體的取向也會隨之作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。隨著變形量的不斷增加，多晶體內(nèi)各晶粒的取向會逐漸轉(zhuǎn)向某一或某些取向附近來，形成不同類型的織構(gòu)。

3 大應(yīng)變量冷軋鋼板中微觀組織與結(jié)構(gòu)的演變實驗分析

3.1 實驗材料和方法

我們選擇了厚度分別為2.0mm、2.5mm和3.0mm的熱軋板作為冷軋基板，并在后續(xù)的冷軋工序中，軋到約為1.2mm，以得到不同的冷軋壓下率，得到不同規(guī)格的冷軋硬板。冷軋基板在隨后的退火過程中，隨著溫度的提高，其顯微組織將發(fā)生回復(fù)、結(jié)晶和晶粒長大過程，板材的硬度、強度和韌性等機械性能都會發(fā)生相應(yīng)的變化，為此我們對退火后的微合金化冷軋高強鋼的組織和性能進(jìn)行觀察檢測。

3.2 實驗結(jié)果

經(jīng)過對不同規(guī)格的冷軋基板各向微觀組織的觀察，微合金化高強鋼熱軋板的主要組織特征為等軸狀的鐵素體晶粒，晶粒很細(xì)。隨著厚度減薄，熱軋板表面、軋向和橫向的晶粒尺寸均明顯減小，這是由于隨著板材厚度的減薄，在熱軋后的層流冷卻過程中，冷卻速度加快，過冷度升高，從而導(dǎo)致晶粒組織細(xì)化。通過對比同一厚度熱軋板的表面、軋向和橫向組織，總體上軋向和橫向組織較粗，表面組織稍細(xì)。而現(xiàn)場生產(chǎn)的退火板材，仍存在相當(dāng)程度的纖維狀組織，經(jīng)力學(xué)性能測試表明強度提高，塑性下降，成型性能惡化。

總之，大應(yīng)變量冷軋鋼板都存在一定的微觀組織與結(jié)構(gòu)演變，為此在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，需要合理地控制析出物的析出與形態(tài)，達(dá)到良好的強塑性配合，必須提高退火溫度。

參考文獻(xiàn)

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[2]毛新平，霍向東，康永林，等.TSCR流程生產(chǎn)鈦微合金化高強耐候鋼中的析出物[J].北京科技大學(xué)學(xué)報，2006，28（11）：1023-1028.

[3]Xu G， Can XL， Ma GJ.The Development of Ti-alloyed High Strength Microalloy style[J].Materia&Design，2010，31（6）：2891-2896.

[4]毛新平，孫新軍，康永林，等.EAF-CSP流程鈦微合金化高強鋼板的組織和性能研究[J].鋼鐵，2005，40（9）：65-68.

[5]霍向東，毛新平，陳康敏，等.Ti含量對熱軋帶鋼組織和力學(xué)性能的影響[J].鋼鐵釩鈦，2009，30（1）：23-28.

[6]霍向東，毛新平，楊青峰，等.CSP熱軋工藝對Ti微合金化鋼組織和性能的影響[J].鋼鐵釩鈦，2010，31（2）：26-31.

作者簡介：韓傳懷（1968，8-），男，江蘇省洪澤縣，漢，職稱：中級，最高學(xué)歷：大專，主要研究方向：機械設(shè)計與制造。

李步全（1966，9-），男，漢，職稱：中級，最高學(xué)歷：大專，主要研究方向：機械設(shè)計與制造。