冷轧用钢薄板的加工硬化特性研究

冷轧用钢薄板的加工硬化特性研究杨海霞那顺桑杨爱华（河北理工大学冶金与能源学院唐山063009）摘要：本文结合碳钢不同变形量的组织和性能，总结了金属宏观变形量和晶粒变形程度之间的关系，为在显微组织分析方法确定宏观变形量提供了数据。试验结果说明，热轧薄板未变形的显微组织也带有适量的方向性，晶粒变形程度与宏观变形程度之间不呈线性关系，晶粒变形数据在横向试样和纵向试样上略有差异。纵向试样更能够显示变形程度。不是在一个拉伸试样上确定加工硬化特性而是在不同变形后试样上做拉伸试验，确定加工硬化程度，更接近真实的生产条件。随着变形量增加加工硬化指数逐步下降。1、引言冶金厂投放市场的热轧薄板,其应用方式主要有两种:一部分是在原有尺寸厚度上裁剪、下料、加工制作成各种容器﹑焊管﹑小五金等产品。另一部分则进行冷轧,冷变形到更薄规格,硬化状态或者软化状态继续供应市场.为了后一种目的生产的热轧薄板我们称作冷轧基料。从应用的角度考虑,冷轧基料的产品性能不同于在控制轧制生产线生产的以强度要求为主的材料的工艺和质量.冷轧基料要求热轧薄板要强度要低﹑屈强比也要低、塑性要好﹑变形能力强﹑表面质量优良.这样可以进行比较大的冷变形加工而能源消耗较少。充分发挥热轧薄板的塑性变形能力方面,不仅需要轧制工艺优化和变形规程优化,而且还必须对其进行冷变形加工,总结其冷变形规律和再结晶规律。本文对sphc钢板进行冷轧的基础上分析测量显微组织变形程度、硬度变化和强度、塑性变化。2、实验材料及方法本实验材料为唐钢1700生产线生产的冷轧用料SPHC钢种，通过在实验室经不同压下量冷轧后，截取试样观察其显微组织，分析研究铁素体晶粒的变形程度和宏观变形量的关系。测定了不同变形量条件下的拉伸性能和硬度。原料厚度为3.0mm，变形量分别为0%、10%、28%、43%、61.3%，钢板经轧制最后的厚度为1.16mm。对截取的试样进行了横向和纵向的显微组织观察，横向式样编号为h0、h1、h2、h3、h4，纵向式样编号为z0、z1、z2、z3、z4。不同变形量试样的典型显微组织见照片1（200倍）和照片2（500倍）。2.1显微组织分析及晶粒变形测定h1h3z1z3z4照片1200╳硝酸酒精溶液腐蚀h1h3z2z4照片2500╳硝酸酒精腐蚀为了分析显微组织的变形和宏观变形量之间的关系，我们在不同变形量的试样上测定了铁素体晶粒沿变形方向的截线长度和垂直变形方向的截线长度（见表1、2、4、5），并把二者的比值与宏观变形量进行了对照（见表3、6）。为了数据的可靠性，每一个视场的五个数据作为试样的一个点的试验数据，在不同的10个数据作为一个试样铁素体晶粒平均截线长度的均值。表1横向试样垂直于板面方向上铁素体晶粒截线长度的测量值（单位：微米）12345678910均值h022.523.715.68.817.95.616.710.818.510.315.04h121.111.215.613.88.314.112.915.710.214.313.96h217.88.69.310.711.214.513.810.29.913.212.39h38.37.513.611.512.610.514.512.713.515.111.37h49.17.99.210.17.68.27.910.38.78.58.89表2横向试样平行板面方向铁素体晶粒截线长度的测量值（单位：微米）12345678910均值h020.619.818.710.320.64.915.511.917.611.215.11h120.616.319.217.512.518.317.618.814.517.917.81取点编号号h取点编号号hh223.616.716.417.918.621.320.517.116.121.519.36h320.619.425.723.824.523.326.824.125.126.923.21h424.323.124.725.323.123.422.324.525.124.924.7表3横向试样上晶粒的横纵向截线长度比和宏观变形量之间的关系（单位：微米）编号横向均值纵向均值横纵比变形量h015.0415.110.990%h113.9617.810.8310%h212.3919.360.6428%h311.3723.210.4943%h48.8924.70.3661.3%由表3总结的宏观变形量和晶粒横纵比的关系如图图1表3的数据绘制的曲线表4纵向试样垂直于板面方向晶粒截线长度的测量值（单位：微米）12345678910均值z015.320.514.313.916.313.912.816.417.115.616.54z113.214.311.215.416.714.915.716.816.217.815.55z211.910.514.513.315.214.315.911.310.911.813.21z38.77.99.39.59.110.39.310.48.99.59.68z45.65.86.67.38.24.56.27.14.95.15.89表5纵向试样平行于板面方向晶粒截线长度的测量值（单位：微米）12345678910均值z016.921.715.614.417.714.213.918.218.416.717.6z117.518.615.119.820.518.719.421.220.321.219.2z223.322.726.325.327.426.727.824.525.727.225.4z338.639.838.537.438.239.737.839.239.538.638.7z444.345.946.846.347.244.746.346.547.145.245.3表6纵向试样上晶粒的横纵向截线长度比和宏观变形量之间的关系（单位：微米）编号点横向均值纵向均值横纵比变形量z016.5417.610.940%z115.5519.230.8110%z213.2125.420.5228%z39.6838.740.2543%z45.8945.310.1361.3%点样号点样号图2表6的数据绘制的曲线2.2冷变形量对性能的影响金属加工硬化的程度有不同的表示方法。其中在拉伸试验中测定应变硬化指数是常用的方法。这种方法在普通拉伸试验机上进行时总是由于操作者水平和熟练程度的不同而使数据分散。并且应变硬化指数n往往只是一个常数，不能体现金属在变形过程中性质发生的变化。本试验将冷轧后的试样进行拉伸试验，这样我们可以从不同的角度讨论变形对金属的强化作用（拉伸试验的强度数据、塑性数据见表7、8）。在不同变形量的试样上分别测定了钢的硬度。进一步验证加工硬化程度。数据见表9。2．2．1拉伸试验数据变形量对其抗拉强度的影响表7不同变形量试样的拉伸强度编号0（轧前）1234变形量(%)010%28%43%61.3%抗拉强度（MPa）480570600725图3变形量对抗拉强度的影响变形量对延伸率、断面收缩率的影响见表9。表9不同变形量试样的塑性数据编号0（轧前）1234变形量（%）010%28%43%61.3%延伸率（%）14.08.03.03.0断面收缩率（%）58.049.553.540.0图4冷变形量对延伸率的影响图5冷变形量对断面收缩率的影响2.2.2变形量对硬度的影响测定的布氏硬度数据见表9。表不同变形量试样的硬度编号0（轧前）1234变形量010%28%43%61.3%硬度（HB）1321501801912173、结论通过观察显微图片和晶粒的横纵比与变形量的关系图可得出以下结论：（1）从显微组织照片可以看出，金属的冷变形量在10％左右时，金属晶粒变形程度不显著，在粗略观察时不能发现其变形痕迹。（2）认真测量的结果说明，在没有变形的试样上纵向试样显微组织也带有一定的方向性。这充分说明热轧变形的痕迹仍然在再结晶金属中存在。SPHC钢经冷变形后晶粒明显的被压扁。SPHC钢经冷变形时随着变形量的增加，晶粒的变形程度也越大。但是在不同方向的试样上测量晶粒变形，进而预测宏观变形量时应该注意这些数据不能一一对应。（3）钢经过冷变形后，纵向试样上的晶粒变形程度要比横向试样上的变形程度大。（4）SPHC钢经冷变形后，硬度和抗拉强度都有了很大程度的提高，并且随变形量的增加而变大。(5)SPHC钢经冷变形后，塑性有所降低，变形量越大，塑性下降越显著。但是试验数据说明，在40～50％的变形量范围强度、塑性和硬度的数据有一个变化比较小的阶段，这个现象在工程上具有重要意义。