55冷轧及退火工艺对（Ti＋Nb）－IF钢组织性能的影响－北科周欢

2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳309冷轧及退火工艺对（Ti＋Nb）－IF钢组织性能的影响周欢1,2，赵爱民1，陈银莉1，滕涛1（1.北京科技大学冶金工程研究院，北京100083；2.宝钢特殊钢分公司，上海200940）摘要：研究了冷轧总压下率、退火温度及保温时间对（Ti＋Nb）－IF钢组织和性能的影响。结果表明：当冷轧总压下率达到75％时，高温退火后r值就达到1.80以上，并随压下率的增大而上升，到85％时，r值达到最大值2.10左右，当冷轧总压下率达到90％时，r值开始下降。超低碳（Ti＋Nb）－IF钢热轧板经80％压下率冷轧后，退火温度低于850℃时，r值随退火温度的上升而上升，850℃以上退火时，r值受退火温度影响不明显，r值保持在1.95左右。在850℃以上高温退火条件下，保温时间在60s～120s之间时，r值受保温时间影响很小。关键词：（Ti＋Nb）－IF钢；冷轧；退火；r值TheEffectsofColdRollingandAnnealingTechnologyonMicrostructureandPropertiesof（Ti+Nb）-IFSteelZHOUHuan1,2，ZHAOAimin1，CHENYinli1，TENGTao1(1.ResearchInstituteofMetallurgyEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China;2.BaoshanIron&SteelCo.Ltd.SpecialSteelBranch,Shanghai200940)Abstract:Theeffectsofcoldrollingreduction,annealingtemperatureandholdingtimeonmicrostructureandpropertiesof(Ti+Nb)-IFSteelwasstudied.Theresultsshowthat,whentotalcoldrollingreductionreaches75％,rvaluecanreachabove1.80afterannealingathightemperatureandincreaseswiththecoldrollingreductiongrowth,until85％,rvaluereachesabout2.10,thenrvaluebeginstodecreasewhentotalcoldrollingreductionreaches90％.After(Ti+Nb)-IFsteelhotrollingsheetscoldrolledby80％reduction,whenannealingtemperaturebelow850℃,rvalueincreaseswithannealingtemperaturegrowth.Theeffectsofannealingtemperatureonrvalueisnotmarkedwhenannealingtemperatureabove850℃,thenrvaluemaintainsabout1.95.Undertheconditionofannealingtemperatureabove850℃,whenholdingtimeisbetween60sand120s,theeffectsofholdingtimeonrvalueisverysmall.Keywords:(Ti+Nb)-IFsteel；coldrolling；annealing；rvalue1前言IF钢（InterstitialFreeSteel），即无间隙原子钢，是在超低碳钢（C0.005％，N0.003％）中加入一定量的Ti、Nb，使钢中C、N原子被固定成碳化物、氮化物，而钢中无间隙原子存在，从而使钢具有非时效性和超深冲性。按微合金元素的不同，目前工业生产的IF钢可分为三类:Ti－IF、Nb－IF和（Ti＋Nb）－IF。其中Ti－IF钢力学性能对成分和工艺参数的变化不敏感，但平面各向异性大，且镀层抗粉化能力较差。添加Nb的IF钢消除了Ti－IF钢的一些缺陷，但深冲性能对工艺参数变化敏感，而且高温卷取会导致板卷头尾性能较差。复合添加Ti、Nb的IF钢兼有Ti－IF和Nb－IF钢的优点，适合于生产超深冲钢、高强钢、BH钢及热镀锌钢板。对IF钢的研究虽然很多，但多集中在Ti－IF钢，对于（Ti＋Nb）－IF钢的研究并不多，虽然从上世纪70年代开始日本就开发了用于汽车板生产的连续退火机组[1]，但是，在国内大部分的IF钢仍然采用罩式退火工艺来处理。因此，研究冷轧及退火工艺对（Ti＋Nb）－IF钢组织性能的影响2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳310具有实际的意义。本文研究了不同冷轧总压下率、不同退火温度和保温时间对（Ti＋Nb）－IF钢组织性能的影响。2实验材料和方法2.1实验材料实验材料采用以Ti为主，Ti、Nb复合添加的合金加入方式。在这种合金添加方式中，Ti与C结合之前先与N和S结合形成化合物，在Ti含量充分的条件下，加入微量的Nb则主要是以固溶的方式存在于钢中。实验钢的化学成分如表1。表1实验钢的化学成分（wt％）CSiMnPSNAlsTiNb0.0030.030.160.0060.0040.00250.0250.0570.012.2实验方法实验钢采用真空感应炉冶炼，浇注成小钢锭（28kg），切冒口，车去表面氧化铁皮后，锻造成35×100×100mm的热轧坯料。热轧工艺为，将热轧板坯加热到1200℃，保温30min，1150℃开轧，终轧温度≥900℃，经五道次热轧后厚度为4mm，热轧实验在350两辊可逆热轧实验机上进行。热轧终轧后，带钢经喷水冷到720℃进入保温炉保温40min后断电随炉冷却，以模拟卷取。热轧板经盐酸酸洗后在430四辊双机架冷轧实验机上进行冷轧，冷轧总压下率为75％、80％、85％和90％。退火实验在RYY－5－12外热式盐浴炉中进行模拟连续退火。盐浴所用的盐为70％Ba2Cl＋30％NaCl。退火温度为：810℃、830℃、850℃、890℃和910℃，退火保温时间主要为80s，同时进行了60s、80s、100s和120s不同的保温时间作为比较。退火后的试样加工成标距为50mm的拉伸试样，力学性能测试设备为MTS810试验机。r值是在拉伸方向上产生15％应变时测得的。金相组织观察试样取冷轧退火板，试样尺寸为12×10mm，观察平行轧向的侧面金相组织。试样经过200～2000#金相水砂纸逐级打磨后，在预磨机上进行抛光，然后用5％硝酸酒精浸蚀。制备好的试样在Laborlux12型光学显微镜下观察。评定了实验钢热轧及退火后铁素体组织的晶粒度，评定标准为GB4335－84。3实验结果及分析3.1冷轧总压下率对组织性能的影响冷轧对退火后IF钢深冲性能影响的主要因素是冷轧总压下率，在适当的成分和热轧工艺条件下，只有保证充分的冷轧压下率，才能获得高r值[1]。Senum等的研究结果证明[2]，IF钢r值随冷轧总压下率的增加而增加。图1所示的是不同冷轧总压下率下退火板的组织。图2和图3所示的是冷轧总压下率对（Ti＋Nb）－IF钢性能的影响。图1不同冷轧压下率下退火板的金相组织（870℃×80s退火）（a）75%；（b）90％ba2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳311从图1可以看出，在化学成分和其他工艺条件相同的条件下，冷轧压下率越高，退火后的晶粒组织越细。75808590120130140150160σs/MPa冷轧总压下率/%325330335850℃×80s870℃×80sσb/MPa退火工艺：758085901.801.851.901.952.002.052.10r冷轧总压下率/%0.2640.2680.2720.2760.280850℃×80s870℃×80sn退火工艺：图2冷轧总压下率对σs和σb的影响图3冷轧总压下率对r值和n值的影响从图2可以看出，在本实验条件下，随着冷轧总压下率的增大，屈服强度有所上升，尤其是在870℃高温退火时，上升幅度较大，而抗拉强度则受冷轧总压下率的影响不大，基本保持稳定。但是从图3可以看出，冷轧总压下率对r值和n值影响特别显著。在850℃以上的高温退火条件下，冷轧总压下率达到75%时，退火板即可获得1.80以上的高r值，并且随着冷轧总压下率的增大，r值不断上升，冷轧总压下率达到85％时，r值达到最大值2.10，但是，当总压下率达到90％时，r值开始迅速下降。但是一般研究结果表明[3]，IF钢在奥氏体区热轧后再进行冷轧时，只有变形率大于90％时才能获得最佳的r值。分析认为，在本实验中90％压下率时，试样的厚度不足0.40mm，可能是试样太薄造成r值偏低。冷轧总压下率对退火板n值的影响规律也比较明显，n值随着冷轧总压下率的增大而单调的减小，但是减小的幅度不大，这与李晋霞等[3]人的研究结果是一致的。这是因为，冷轧压下率越大，退火过程中再结晶驱动力越大，形核率越大，再结晶后的晶粒更细，从而使n值减小。3.2退火温度对组织性能的影响在冷轧薄板生产过程中，再结晶退火是一个关键的工艺环节。在退火过程中要完成铁素体再结晶及晶粒长大和发展再结晶织构，所以退火直接决定了钢板的深冲性能[4]。退火工艺对超低碳（Ti＋Nb）－IF钢的深冲性能有重要影响，只有连续退火且退火充分才能发挥（Ti＋Nb）－IF钢优异的深冲性能[5]。在连续退火工艺中主要参数有退火温度和保温时间。图4所示的是不同退火温度下的金相组织。图5和图6所示的是退火温度对（Ti＋Nb）－IF钢性能的影响。ab2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳312图4不同退火温度下金相组织（退火保温时间80s）（a）810℃；（b）870℃；（c）910℃从图4可以看出，退火温度对IF钢组织影响不大，在870℃以下退火时，组织晶粒度为8级，但是在910℃退火时，组织晶粒相对要大些，晶粒度为7.5级。800820840860880900920135140145150155160退火温度/℃σs/MPa310315320325σb/MPa0.420.440.460.480.50σs/σb保温时间：80s冷轧总压下率：80％8008208408608809009201.701.751.801.851.901.952.00退火温度/℃r0.2550.2600.2650.2700.2750.280n4244464850δ/%保温时间：80s冷轧总压下率：80％图5退火温度对σs、σb和σs/σb的影响图6退火温度对r值、n值和δ的影响从图5可以看出，在加入的合金元素Ti和Nb在固定C、N间隙原子后有一定固溶量的情况下，退火温度在低于870℃以下时，退火温度对屈服强度影响不大，屈服强度随退火温度的上升而略有降低，但是退火温度高于870℃时，随着退火温度的提高，屈服强度呈明显上升的趋势，尤其是在退火温度高于890℃时。这是可能是NbC的溶解造成的，因为根据资料[6,7]介绍，NbC粒子溶解温度约为830℃，NbC的溶解后其固定碳氮间隙固溶原子的作用消失，从而使钢中存在了一定量的间隙原子C固溶于钢中，使钢的屈服强度上升，实验钢在890℃退火后，拉伸曲线发现了屈服平台。抗拉强度则随着退火温度的上升而有小幅度下降，直到890℃，退火温度高于890℃时，抗拉强度有一定幅度的上升。因此，在退火温度低于870℃时，屈强比变化很小，在但退火温度高于870℃时，屈强比随退火温度的提高而增大。从图6可以看出，在连续退火条件下，退火温度对r值、n值和δ的影响显著。在成分和其他工c2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳313艺相同的条件下，退火温度低于850℃时，r值随着退火温度的提高而迅速上升，退火温度高于850℃时，r值受退火温度