卷取溫度對冷軋DC01鋼板顯微組織與成形性能的影響

艾兵權, 侯明山, 李興華, 王玉慧, 逯志強, 趙 光, 張靖雨

(唐山鋼鐵集團有限責任公司, 唐山 063000)

DC01鋼作為一種典型的冷軋低碳鋼，因其良好的焊接、冷成形及機械加工性能，被廣泛用于汽車、家電等行業。熱軋工藝可以控制鋼中第二相完全均勻固溶，其工藝制度的好壞對冷軋薄板組織與性能的影響很大，其中，終軋溫度和卷取溫度是最主要的影響因素。低碳深沖鋼主要實行三高一低的熱軋制度，即高溫加熱、高溫開軋、高溫終軋和低溫卷取，目的是讓AlN在高溫時固溶，在快速低溫卷取中避免析出，而在冷軋后退火時緩慢析出[1]。目前，部分冷軋廠采取以高質量產品代替低質量產品的供貨方式來搶占市場，這不僅增加了企業的運行成本，還對DC01鋼產品的成形性能提出了更高要求[2]。

筆者采用力學性能測試、金相檢驗和成形試驗，分析了熱軋工藝中的卷取溫度對冷軋DC01鋼板顯微組織和成形性能的影響，以期為該類鋼板的應用與發展提供參考依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為DC01鋼，其化學成分見表1。常規DC01鋼板的生產工藝流程為高爐→轉爐→連鑄→熱連軋→冷連軋→退火，最終產品的厚度為1 mm。

表1 DC01鋼的化學成分

1.2 試驗方法

熱軋工藝、酸洗后軋制壓下率及冷軋工藝參數如表2所示。在冷軋DC01鋼板上沿與軋制方向成0°，45°，90°等3個方向分別取樣。經罩式退火處理后的DC01鋼板(簡稱罩退DC01鋼板)作為對比試樣。采用Zwick-Roell/Z100型拉伸機進行力學性能測試。采用OLYMPUS-PMG3型光學顯微鏡，對試樣的顯微組織進行觀察。成形試驗采用145-60-ERICHSEN型板材成形試驗機，包括沖杯試驗、脹高試驗和錐杯試驗。沖杯試驗評價指標為最大成形力條件下的沖杯高度，該值與塑性應變比密切相關。脹高試驗用于評價材料的脹形性能，評價指標為脹形高度，主要受加工硬化指數影響。錐杯試驗可用于評價金屬板材拉深和脹形兩種成形性能，評價指標選用相對錐杯值，以避免對數據離散度的影響，該值與加工硬化指數、塑性應變比密切相關。

表2 DC01鋼板的熱軋工藝、酸洗后軋制及冷軋工藝參數

2 試驗結果與分析

2.1 卷取溫度對試樣力學性能的影響

由表3可見：隨卷取溫度的升高，兩種DC01鋼板的屈服強度和抗拉強度均呈下降趨勢，下降幅度在20～30 MPa，斷面收縮率A80上升約2%，塑性應變比r提升約0.4，加工硬化指數n變化不大；在730 ℃卷取溫度條件下，冷軋DC01鋼板的大部分力學性能都比罩退DC01鋼板好，這表明在該卷取溫度下，冷軋DC01鋼板的脹形性能、翻邊性能和彎曲性能較好，同時具有一定的拉深性能和抗起皺性能，拉深沖杯過程中，拉深件的制耳高度較小[3]。

表3 冷軋DC01鋼板和罩退DC01鋼板的力學性能

2.2 卷取溫度對試樣顯微組織的影響

由圖1可見：DC01鋼板熱軋和冷軋后的組織均為鐵素體+少量珠光體；在相同卷取溫度下，與DC01鋼板熱軋組織相比，DC01鋼板冷軋組織較細小；依據GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測定法》標準，對不同卷取溫度下DC01鋼板熱軋組織的晶粒度進行評級，結果均為8.5級，表明在680～710 ℃卷取溫度條件下，熱軋DC01鋼板均已完成再結晶過程，僅部分碳元素的固溶程度和AlN的析出程度不同[4]；對比不同卷取溫度下DC01鋼板的冷軋組織，卷取溫度為680 ℃時，DC01鋼板冷軋組織晶粒尺寸較細小，晶粒度評級為10.0 級；710 ℃和730 ℃卷取溫度條件下DC01鋼板冷軋組織的晶粒尺寸差別不大，晶粒度評級均為9.0級，這與罩退DC01鋼板晶粒度評級相等，僅在珠光體分布形態上存在差異，分析主要是因為在較高的卷取溫度下，珠光體轉變充分，DC01鋼板冷軋組織中少量偏聚的珠光體形成于熱軋工藝階段[5-6]。另外，高卷取溫度下，AlN充分析出，珠光體轉變充分使得鐵素體基體純凈度大大提升，在后續退火過程中再結晶晶粒長大阻力減小。退火工藝具有加熱速率快、均熱時間短的特點，這使得再結晶過程比AlN析出優先發生，有利于γ纖維織構(〈111〉‖法向ND)的形成，材料的塑性應變比r大幅提高，從而改善材料的沖壓成形性能[4-6]。

圖1 不同卷取溫度下熱軋及冷軋后DC01鋼板及罩退DC01鋼板的顯微組織

2.3 卷取溫度對試樣沖壓成形性能的影響

由圖2可見：隨卷取溫度的升高，冷軋DC01鋼板的沖杯高度H、相對錐杯值η逐漸增大，脹形高度h先增大后減小；在卷取溫度為730 ℃時，冷軋DC01鋼板的相對錐杯值和脹形高度與罩退DC01鋼板的相當，其沖杯高度達到了罩退DC01沖杯高度的86%，這與高溫卷取條件下鐵素體基體純凈度更高、退火過程中再結晶晶粒長大阻力更小、更利于形成γ纖維織構密切相關[5-6]。γ纖維織構越多，塑性應變比r越大，在沖壓成形過程，材料越容易在寬度方向上發生變形，厚度方向上越不容易發生變形或減薄。綜上所述，高卷取溫度條件下，冷軋DC01鋼板具有優良的沖壓成形性能。

3 結論

(1) 隨卷取溫度的升高，冷軋DC01鋼板的屈服強度和抗拉強度均呈不同程度下降趨勢，下降幅度在20～30 MPa，斷面收縮率A80提升約2%，最高可達41.5，塑性應變比r提升約0.4，最高可達2.05，加工硬化指數n變化不大。冷軋DC01鋼板的綜合成形性能與罩退DC01鋼板的相當。

(2) 在730 ℃高溫卷取條件下，DC01鋼板的熱軋組織和冷軋組織均為鐵素體+少量珠光體，冷軋過程中再結晶阻力較小，有利于γ纖維織構的形成，使材料的塑性應變比r大幅提高，從而改善材料的沖壓成形性能。

(3) 在730 ℃高溫卷取條件下，冷軋DC01鋼板的相對錐杯值和脹形高度與罩退DC01鋼板的相當，其沖杯高度達到了罩退DC01鋼板沖杯高度的86%，表明綜合成形性能良好。