陳友志 葛 浩 劉東亞 崔 磊 張 軍

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心 安徽 馬鞍山：243000)

0 引言

低碳IF鋼主要是由軟相鐵素體基體組成，具有低屈服強(qiáng)度、良好的延展性等優(yōu)異性能，大量應(yīng)用于汽車車體結(jié)構(gòu)件、覆蓋件等。退火及光整工藝是冷軋帶鋼性能控制的關(guān)鍵工藝，可以通過調(diào)整帶鋼的退火溫度和光整延伸率，控制帶鋼的機(jī)械性能和粗糙度，滿足不同客戶的需求[1-3]。近幾年，用戶對(duì)產(chǎn)品性能提出了新需求，要求IF鋼屈服強(qiáng)度達(dá)到158-178MPa，與現(xiàn)有產(chǎn)品屈服強(qiáng)度142-165MPa相比有較大差異。為滿足用戶新要求，調(diào)整原產(chǎn)品化學(xué)成分，采用增加0.01%磷等措施實(shí)現(xiàn)屈服強(qiáng)度提高。本文重點(diǎn)研究了160MPa級(jí)IF鋼的性能控制方法。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

所用材料為從國(guó)內(nèi)某鋼廠酸軋線生產(chǎn)的0.65mm厚度產(chǎn)品。主要利用 Mn、P 元素的固溶強(qiáng)化作用，并通過添加 Ti 、Nb 形成 TiC、TiN 、NbC 等析出物，固定鋼中 C、N 等固溶原子，實(shí)現(xiàn)所需的強(qiáng)度等級(jí)。超低碳鋼中，Ti、Nb 均可以與 C、N 元素結(jié)合，形成析出物。而 Nb 析出物粒度較細(xì)且分布彌散，細(xì)小的NbC能夠抑制鋼板在退火過程中晶粒向同一方向的發(fā)展，可以起到改善鋼板各向異性的作用[4]。但Nb成本高，且Nb-IF鋼對(duì)工藝比較敏感，為改善IF鋼各向異性，同時(shí)添加Ti、Nb。根據(jù)Multipas連續(xù)退火試驗(yàn)試樣尺寸要求，將酸軋樣板剪切成150mm×450mm規(guī)格樣板。試驗(yàn)用酸軋卷料成分含量如下表1。

表1 IF鋼成分含量(wt%)

1.2 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用Multipas連退模擬試驗(yàn)機(jī)研究IF鋼在不同退火溫度條件下產(chǎn)品的組織與性能的變化規(guī)律，并探索出適合的退火溫度。模擬退火溫度為770℃-850℃，每20℃為一個(gè)試驗(yàn)溫度增量。實(shí)驗(yàn)退火溫度曲線如圖1所示。應(yīng)用Axio Imager M2m金相鏡觀察組織形貌；加工標(biāo)距 80 mm 的拉伸試樣，應(yīng)用Zwick電子材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)樣板力學(xué)性能進(jìn)行分析。

圖1 Multipas連續(xù)退火模擬曲線

光整延伸率試驗(yàn)，在連續(xù)熱浸鍍鋅產(chǎn)線開展，研究在適宜退火溫度時(shí)IF鋼在不同光整延伸率下產(chǎn)品的組織與性能的變化規(guī)律。應(yīng)用金相顯微鏡觀察組織形貌；應(yīng)用電子材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能進(jìn)行分析。產(chǎn)線光整延伸率試驗(yàn)方案如表2所示。

表2 光整延伸率試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)室連續(xù)退火模擬試驗(yàn)

圖2為不同退火溫度條件下IF鋼運(yùn)用金相顯微鏡觀察到的組織照片。金相組織均為鐵素體，770℃、790℃退火溫度時(shí)晶粒度為9.0級(jí)，810℃、830℃、850℃退火溫度時(shí)晶粒度均為8.5級(jí)。隨著退火溫度升高，再結(jié)晶時(shí)間變短，利于晶粒長(zhǎng)大，晶粒度減小。

圖2 試驗(yàn)材料在不同退火溫度下的微觀形貌

通過連退模擬試驗(yàn)，得到IF鋼力學(xué)性能隨退火溫度的變化關(guān)系如圖3。由圖3可以看出，隨退火溫度升高，屈服強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，延伸率呈上升趨勢(shì)；屈服強(qiáng)度在770℃時(shí)最高，之后隨退火溫度升高屈服強(qiáng)度降低，在770-810℃范圍內(nèi)較快下降，810℃以上隨溫度升高緩慢降低；退火溫度每升高10℃，屈服強(qiáng)度減小2-4MPa。隨著晶粒尺寸增加，相應(yīng)的晶界數(shù)量就變少，位錯(cuò)滑移遇到晶界阻礙少，滑移加快，屈服強(qiáng)度逐漸減小。

圖3 試驗(yàn)材料力學(xué)性能隨退火溫度變化規(guī)律

因用戶要求延伸率不小于38%，r值要求不小于1.6，退火溫度在810℃以上時(shí)可確保各力學(xué)性能指標(biāo)有較多富余量。考慮能耗因素及產(chǎn)線實(shí)際正負(fù)10℃控制能力，退火溫度控制在810-830℃為宜。

2.2 產(chǎn)線光整延伸率試驗(yàn)

按照上述退火試驗(yàn)結(jié)論，選擇退火溫度820℃，開展不同光整延伸率對(duì)IF鋼力學(xué)性能的影響規(guī)律試驗(yàn)。

在不同光整延伸率下IF鋼運(yùn)用金相顯微鏡觀察到的金相組織均為鐵素體，晶粒度為8.5級(jí)，無明顯差異。IF鋼力學(xué)性能隨光整延伸率的變化關(guān)系如圖4。隨著光整延伸率的增加，樣板屈服強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。光整延伸率對(duì)IF鋼屈服強(qiáng)度影響較大，對(duì)延伸率影響較小。光整延伸率引起樣板位錯(cuò)密度增大，材料變形抗力增加，屈服強(qiáng)度增大[5]。光整延伸率每提高0.1%，屈服強(qiáng)度提高3-4MPa。

圖4 試驗(yàn)材料力學(xué)性能隨光整延伸率變化規(guī)律

3 結(jié)論

通過研究退火溫度、光整延伸率對(duì)160MPa級(jí)IF鋼力學(xué)性能的影響，得出以下主要結(jié)論：

(1)隨著退火溫度升高，IF鋼屈服強(qiáng)度逐漸降低、延伸率逐漸升高，退火溫度每升高10℃，屈服強(qiáng)度減小2-4MPa；隨著光整延伸率的增加，樣板屈服強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，光整延伸率每提升0.1%，屈服強(qiáng)度提升3-4MPa。

(2)對(duì)于160MPa級(jí)熱鍍鋅IF鋼，退火溫度810-830℃、光整延伸率1.0%-1.2%時(shí)，可生產(chǎn)出具有8.5級(jí)鐵素體組織、力學(xué)性能優(yōu)良的產(chǎn)品。