退火及光整工藝對IF鋼組織性能的影響

紀明龍，王 耐，王言峰，李建英

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北063000）

0 引言

IF鋼全稱Interstitial-Free Steel，即無間隙原子鋼，有時也稱超低碳鋼。因IF鋼超低的碳含量，決定了其伸長率和塑性應變比較高，具有非常優異的深沖加工性能，伸長率和r值可達40%和2.0以上。因此作為沖壓用鋼廣泛應用于汽車行業，常用于汽車外板和內板等高表面級別和高復雜程度的零部件[1]，如汽車的四門、兩蓋或翼子板等。但由于各生產廠的各部件功能和成形難度的要求差異性，對IF鋼的性能也提出了不同的要求，這對我們的生產也提出了多樣化的要求。退火及光整工藝是冷軋帶鋼性能控制的關鍵工藝[2-4]，可以通過調整帶鋼的退火和光整工序，控制帶鋼的機械性能和粗糙度，滿足不同客戶的需求。

本文通過生產實踐研究了退火和光整工藝對IF鋼組織及性能的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

（1）試驗用鋼采用唐鋼公司生產的超低碳IF鋼。冶煉工藝路線為：鐵水預處理→頂底復吹轉爐→RH精煉-板坯連鑄。轉爐為具有LOMAS煙氣分析自動化煉鋼系統的頂底復吹轉爐[5-6]，連鑄機為直弧形板坯連鑄機，鑄坯厚度200 mm。為降低化學成分差異導致的組織及性能的影響，本次試驗采用同一爐冶煉澆注而成的多根鑄坯作為原料進行試驗。化學成分如表1所示。

表1 試驗IF用鋼化學成分 /%

（2）鑄坯經熱軋→酸洗冷軋→退火工序處理，最終成品為退火態的DC04。鑄坯采用低溫加熱，加熱爐出爐溫度1 150℃，經往返5道次粗軋軋制，中間坯厚度47 mm，后經7架精軋機軋制成4.0 mm熱卷，終軋溫度設定930℃，冷卻模式采用前段冷卻，卷取溫度設定730℃，熱軋組織如圖1所示，組織類型為鐵素體，晶粒度8.0級。

圖1 IF鋼熱軋組織

（3）4.0 mm的IF鋼熱卷經酸洗冷軋，軋制成0.7 mm規格的冷硬卷，冷軋壓下率82.5%左右，然后在連續退火生產線探究退火和光整工藝對性能的影響。

1.2 試驗方案

工藝試驗方案：在光整機延伸率0.9%、帶鋼退火工藝速度185±10 m/min的條件下，研究退火溫度對IF鋼性能的影響，具體連續退火工藝曲線如圖2所示。在退火溫度825℃、帶鋼退火工藝速度185±10 m/min的條件下，研究光整機延伸率對性能的影響，光整機延伸率目標值分別設定為0.3%、0.6%、0.9%。

圖2 IF鋼連續退火工藝

對各試驗條件下退火、光整后的IF的鋼進行取樣，在AXIO Imager型號光學顯微鏡下進行組織觀察。并制取標距80 mm的拉伸試樣，在Z100型號拉伸試驗機下進行力學性能檢測。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

不同試驗方案下鋼板的力學性能檢測結果如表2所示。根據表2數據，可以得到退火溫度和光整機延伸率對力學性能的影響關系。

表2 不同試驗方案下鋼板力學性能

2.2 試驗結果分析

2.2.1 退火溫度對IF鋼組織和力學性能的影響

不同溫度退火試驗鋼的力學性能如圖3所示，在光整機延伸率0.9%、帶鋼退火工藝速度185±10 m/min的條件下，退火溫度在780～830℃范圍內，隨著退火溫度升高，Rm和Rp0.2值呈下降趨勢，延伸率、n值和r值呈上升趨勢，其中退火溫度對Rp0.2影響較為顯著，退火溫度每升高20℃，屈服強度降低4～8 MPa。由此可見，隨退火溫度升高，冷硬帶鋼再結晶和晶粒長大的動力被加速，所需要完成再結晶的時間變短，再結晶完成更加充分，由上道工序冷軋軋制導致的形變強化逐漸減弱，因此鋼材的強度逐漸降低、伸長率逐漸升高，產品的強度和r值均朝著對加工性能有利的方向發展[7]。

圖3 退火溫度對IF鋼力學性能的影響

不同退火溫度下的顯微組織如圖4所示，由圖4可知，780℃、800℃、825℃三種退火溫度下的顯微組織無明顯差異，均為退火完全的等軸鐵素體，晶粒度8.5～9.0級左右，隨著退火溫度的升高，等軸鐵素體晶粒呈長大趨勢，退火溫度的升高使再結晶的時間變短，導致晶粒逐漸長大。

圖4 退火溫度對IF鋼組織的影響

2.2.2 光整工藝對IF鋼組織和力學性能的影響

光整機延伸率對IF鋼性能的影響如圖5所示，由圖5可知，在退火溫度825℃、帶鋼退火工藝速度185±10 m/min的條件下，隨著光整機延伸率的增加，鋼板的抗拉強度和屈服強度呈上升趨勢，光整機延伸率對屈服強度影響顯著，光整機延伸率增加0.3%，屈服強度增加9～11 MPa；在延伸率0.3～0.9%范圍內，光整機延伸率對鋼板伸長率影響較小；r值隨光整機延伸率增加而增加，光整機延伸率增加0.3%，r值增加0.04～0.13；n值隨光整機延伸率增加變化較小。

圖5 光整機延伸率對試驗鋼性能的影響

光整延伸率的增加使得鋼材的位錯密度加大，因而材料的變形抗力提高，導致屈服強度升高。由于位錯密度對破斷抗力影響不大，所以光整延伸率對鋼材的抗拉強度影響較小[8-9]，本次試驗也驗證了該結論。

不同光整機延伸率下鋼板顯微組織如圖6所示，由圖6可知，0.3%、0.6%、0.9%三種光整機延伸率下的顯微組織無明顯差異，均為等軸晶粒，晶粒大小均勻。光整延伸率0.9%的組織與延伸率0.3%的相比較，晶粒延軋制方向稍顯拉長，晶粒結構和晶界沒有被破壞，晶粒度8.5級左右，無明顯差異。

圖6 光整機延伸率對IF鋼組織的影響

3 結語

為了研究在實際生產中退火溫度和光整工藝對IF鋼性能的影響，本文介紹了不同退火溫度和光整延伸率下的實驗方案。通過對IF試樣的金相組織觀察和力學性能測試，獲得了退火溫度和光整延伸率對IF鋼力學性能的影響規律。

（1）厚度0.7 mm規格IF鋼，退火溫度從780℃升到830℃，鋼板的屈服強度、抗拉強度逐漸降低，延伸率、n值和r值整體呈升高趨勢，退火溫度對屈服強度影響顯著，溫度升高20℃屈服強度降低4～8 MPa；退火組織均為退火完全的等軸鐵素體，隨退火溫度的升高，晶粒逐漸長大，晶粒度在8.5～9.0級。

（2）在退火溫度825℃情況下，光整機延伸率對屈服強度影響顯著，光整機延伸率每增加0.3%，屈服強度增加9～11 MPa，r值增加0.04～0.13，伸長率和n值隨光整機延伸率的增加變化較小；不同光整機延伸率下的顯微組織無明顯差異，均為等軸晶粒，光整延伸率為0.9%時的組織較0.3%時晶粒延軋制方向稍顯拉長，晶粒度8.5級左右。