冷軋鋼帶SPCC力學性能優(yōu)化分析
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摘要:文章介紹了目前用戶對冷軋低碳產(chǎn)品的實際需求，包鋼稀土鋼板材廠連退生產(chǎn)線對首次試制的SPCC進行工藝優(yōu)化，降低屈服強度范圍，消除屈服平臺，提升產(chǎn)品的力學性能水平，使得該產(chǎn)品屈服強度控制在230MPa以下，滿足市場要求。
關鍵詞:連退生產(chǎn)線;工藝優(yōu)化;屈服平臺
SPCC是一種低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，隨著各鋼廠工藝控制水平的提升，其優(yōu)良的沖壓性能與低廉的價格深受用戶的歡迎，連續(xù)退火生產(chǎn)的冷軋鋼帶表面質(zhì)量及性能均勻性優(yōu)于采用罩式退火工藝的產(chǎn)品。但連續(xù)退火時間較短，保證良好的沖壓性能是研究的難點，該性能受煉鋼、熱軋、酸軋及連退各道工序的影響，如成分或工藝設計不當，則會引起屈服強度上升或出現(xiàn)屈服平臺，嚴重影響產(chǎn)品的使用性能，本文研究重點為通過小批量試制，摸索各工序點的工藝參數(shù)，降低產(chǎn)品強度，消除屈服平臺，從而獲得具有良好沖壓性能的產(chǎn)品，滿足用戶需求。
1工藝設計及試制方法
1．1首次試制
1．1．1化學成分的影響低碳產(chǎn)品spcc為鋁鎮(zhèn)靜鋼，不添加任何合金元素，碳、氮是固溶強化元素，對鋼的屈服強度影響顯著，使強度增加，塑性下降。為使得產(chǎn)品獲得良好的力學性能與沖壓性能，化學元素中要保證低碳、低錳、且控制氮含量，以避免屈服平臺的產(chǎn)生。屈服平臺主要是因碳、氮原子氣團“釘扎”作用而引起的，退火過程中碳、氮原子通過擴散與位錯相互作用，形成柯氏氣團，對位錯起到釘扎作用［1］。這種“釘扎”作用在再加工變形的過程中，對位錯運動形成阻力，只有當外界平整機延伸率達到某一數(shù)值，位錯“釘扎”才開始消除。針對氮元素對位錯的釘扎作用，加入Al元素，形成AlN化合物，該化合物對驅(qū)動力較小的晶粒形核具有抑制作用，可促進{111}織構的形成，提高沖壓性能［2］，因此應保證一定的鋁含量，成分設計見表1。
1．1．2工藝的影響根據(jù)文獻查閱制定各段工藝參數(shù)，設計加熱工藝參數(shù)時，考慮加熱過程中使AlN溶于奧氏體中、保證鑄坯加熱均勻、不產(chǎn)生致密氧化鐵皮等加熱缺陷，采用低溫加熱并保證均熱時間大于40min的工藝。由于SPCC碳含量較低，根據(jù)鐵碳相圖，為避免鋼帶在終軋過程中進入兩相區(qū)出現(xiàn)混晶，采用高的終軋溫度。連續(xù)退火過程中發(fā)生再結(jié)晶的驅(qū)動力是冷軋過程中的儲存能，增大冷軋壓下率，使得鋼帶具有較大的變形量，隨后連續(xù)退火過程中再結(jié)晶驅(qū)動力增加，有利于變形鋼帶發(fā)生再結(jié)晶，因此冷軋壓下率要求大于70%。采用高的連續(xù)退火溫度，主要是消除冷軋變形后的加工硬化，消除內(nèi)應力，使成品得到均勻的再結(jié)晶組織，最終獲得理想的深沖性能，退火溫度700～780℃。各段工藝參數(shù)設計如表2所示。
1．1．3檢測結(jié)果首次試制后，經(jīng)統(tǒng)計力學性能分布見圖1，屈服強度210～300MPa(平均值260MPa)，抗拉強度集中在320～380MPa(平均值340MPa)，延伸率≥35.0%(平均值39.0%)，按方案1生產(chǎn)的鋼帶力學性能合格率較低，屈服強度偏高，且存在屈服平臺(如圖2所示)，當SPCC存在屈服平臺時，如該產(chǎn)品用于沖壓件，碳、氮原子與位錯之間相互作用產(chǎn)生的柯氏氣團會隨著變形量的增大而破壞，沖壓件表面開始出現(xiàn)明顯的滑移線，嚴重影響力學性能的穩(wěn)定性。因此為解決該問題，分別對產(chǎn)品的退火溫度、卷取溫度進行調(diào)整，優(yōu)化產(chǎn)品的力學性能。
1．2工藝優(yōu)化
根據(jù)首次試制的結(jié)果，采用兩個方案對產(chǎn)品進行優(yōu)化，方案2在方案1的基礎上，提高退火溫度，退火溫度由小于780℃，提升至800℃以上，其他工藝與方案1一致;方案3在方案1的基礎上提高熱軋卷取溫度，卷取溫度由650℃提升至680℃，其他工藝與方案1一致，如表3所示。
2結(jié)果分析
從表4的檢驗結(jié)果中看出方案2在方案1的基礎上，僅提升退火溫度，其他工藝不變，屈服強度有一定的降低，但依然整體偏高，且存在屈服平臺。由霍爾－佩奇公式(σs=σ0+Kd－1/2)可以看出，材料的屈服強度與晶粒直徑大小有重要的關系，方案1中退火溫度升高，促進了再結(jié)晶晶粒的長大，產(chǎn)品強度有小幅降低。方案3在方案1的基礎上，僅提升卷取溫度，其他工藝不變，檢驗結(jié)果中屈服強度顯著降低，且屈服平臺消除(如圖3所示)。方案3是通過提升卷取溫度控制間隙原子的含量以及AlN在熱軋過程中的析出形態(tài)，由于連續(xù)退火工藝中加熱速度快、退火時間短，再結(jié)晶過程會先于AlN的析出，而間隙固溶元素會對再結(jié)晶過程中織構的發(fā)展產(chǎn)生不利影響［3］，因此要求N元素在熱軋過程中完全以化合態(tài)粗大析出物形式析出，減弱了間隙原子對位錯的釘扎作用，消除屈服平臺，從而提高其深沖性能。卷取溫度提升，有利于晶粒正常長大，有效降低產(chǎn)品強度。
3結(jié)論
(1)本文通過提升退火溫度，對產(chǎn)品強度降低有一定作用，但降幅有限。(2)通過采用提升卷取溫度的方式，可有效降低產(chǎn)品強度，且消除屈服平臺。
參考文獻
［1］孫中華．SPCC薄板冷軋及連續(xù)退火工藝研究［J］．河北冶金，2013，(2):4－5．
［2］齊建群．冷軋板SPCC的工藝優(yōu)化與性能分析［J］．金屬世界，2008，(4):34－35．
［3］王巖，趙愛民，陳銀莉，等．卷取溫度對低碳鋼組織性能及AlN析出行為的影響［J］．北京科技大學學報，2010，(6):748－749．94
作者：李人杰 白曉東 路璐 單位：包頭鋼鐵( 集團) 有限責任公司辦公室