包钢科技

牌号	C	Si	Mn	P	S	Al_s	Ti
St14	0.002	0.006	0.15	0.010	0.003	0.060	0.060

牌号	C	Si	Mn	P	S	Al_s	Ti
St14	0.002	0.006	0.15	0.010	0.003	0.060	0.060

板坯加热时间 /min	均热时间 /min	出炉温度 /℃	终轧温度 /℃	卷取温度 /℃
180~240	≥30	1 210±20	920±20	720±20

板坯加热时间 /min	均热时间 /min	出炉温度 /℃	终轧温度 /℃	卷取温度 /℃
180~240	≥30	1 210±20	920±20	720±20

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
1^#	60	730	12	6
2^#	67	730	12	6
3^#	60	730	15	6
4^#	64	730	15	6
5^#	67	730	15	6
6^#	60	730	18	6

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
1^#	60	730	12	6
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3^#	60	730	15	6
4^#	64	730	15	6
5^#	67	730	15	6
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试样编号	退火温度 /℃	退火时间 /h	冷轧压下率 /%	性能均值
1^#	730	12	60	128	278	43.0	0.229	1.642
2^#	730	12	67	124	280	45.0	0.237	1.870
3^#	730	15	60	116	271	47.8	0.240	1.960
4^#	730	15	64	117	272	43.7	0.223	2.120
5^#	730	15	67	126	277	46.0	0.234	2.153
6^#	730	18	60	130	266	44.0	0.237	2.201

试样编号	退火温度 /℃	退火时间 /h	冷轧压下率 /%	性能均值
1^#	730	12	60	128	278	43.0	0.229	1.642
2^#	730	12	67	124	280	45.0	0.237	1.870
3^#	730	15	60	116	271	47.8	0.240	1.960
4^#	730	15	64	117	272	43.7	0.223	2.120
5^#	730	15	67	126	277	46.0	0.234	2.153
6^#	730	18	60	130	266	44.0	0.237	2.201

冷轧压下率和退火时间对Ti-IF深冲钢性能的影响

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薛越 ¹ , 尚秀廷 ¹ , 高军 ¹ , 韩玉龙 ² , 樊立峰 ³

包钢科技 | 品种质量与试验研究 2022,48(1): 65-71

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包钢科技 | 品种质量与试验研究 2022, 48(1): 65-71

冷轧压下率和退火时间对Ti-IF深冲钢性能的影响

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薛越¹, 尚秀廷¹, 高军¹, 韩玉龙², 樊立峰³

作者信息

¹ 内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂,内蒙古包头 014010

² 内蒙古包钢钢联股份有限公司制造部,内蒙古包头 014010

³ 内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特 010000

薛越(1972-),男,内蒙古包头市人,高级工程师,现从事板材产品研发、技术及管理工作。

Influences of Cold Rolling Reduction Ratio and Annealing Time on Performances of Ti-IF Deep Drawing Steel

Yue Xue¹, Xiu-ting Shang¹, Jun Gao¹, Yu-long Han², Li-feng Fan³

Affiliations

¹ CSP Plant of Inner Mongolia Baotou Steel Union Co., Ltd., Baotou 014010, Inner Mongolia Autonomous Region, China

² Manufacturing Dept. of Inner Mongolia Baotou Steel Union Co., Ltd., Baotou 014010, Inner Mongolia Autonomous Region, China

³ School of Materials Science and Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010000, Inner Mongolia Autonomous Region, China

出版时间: 2022-02-25

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摘要

收起

针对冷轧罩式退火厚规格深冲钢冲压性能不稳定现象,借助光学显微镜、X射线衍射仪、拉力试验机等设备,研究了冷轧压下率和退火时间对Ti-IF深冲钢冲压性能的影响。结果表明,提高冷轧压下率、r值和抗拉强度呈增大趋势,n值变化不明显;延长退火时间,r值呈增大趋势,抗拉强度呈减小趋势,n值变化不明显。根据试验结果进行了工艺优化,{111}织构密度增强,产品冲压性能改善明显。

关键词

Ti-IF深冲钢St14 / 冷轧压下率 / 退火时间 / r值 / 织构

Abstract

收起

The influences of cold rolling reduction ratio and annealing time on the stamping performance of Ti-IF deep drawing steel are studied by means of such equipment as optical microscope, X-ray diffractometer and tensile tester aiming at the phenomenon that the stamping performance of cold rolled cover annealing thick deep drawing steel is unstable. The results showed that the r value and tensile strength tended to increase and change of n value was not obvious with the increase of cold rolled reduction ratio; r value increased, tensile strength decreased and change of n value was not obvious with the extension of annealing time. The process is optimized according to the test results so that density of {111} texture is enhanced and stamping performance of product is obviously improved.

Key words

Ti-IF deep drawing steel St14 / cold rolling reduction ratio / annealing time / r value / texture

引用本文

薛越, 尚秀廷, 高军, 韩玉龙, 樊立峰. 冷轧压下率和退火时间对Ti-IF深冲钢性能的影响. 包钢科技, 2022 , 48 (1) : 65 -71 .

Yue Xue, Xiu-ting Shang, Jun Gao, Yu-long Han, Li-feng Fan. Influences of Cold Rolling Reduction Ratio and Annealing Time on Performances of Ti-IF Deep Drawing Steel[J]. Science & Technology of Baotou Steel, 2022 , 48 (1) : 65 -71 .

正文

收起

随着汽车工业的飞速发展,对汽车用钢板的质量要求也越来越高。对于车身大型复杂零件、车身深冲变形和多工序冲压成形的复杂结构件和内外表面件,如A柱加强板、保险杠、驾驶室地板、裙板等,要求材料具有良好的成形性能、表面性能、焊接性能和耐腐蚀性等。对于冷轧深冲钢(即IF钢)而言,具有优异的成形性能则更为重要^[1]。

包钢薄板厂1 780 mm冷轧罩退生产线生产的供汽车厂深冲钢St14厚规格产品(不小于1.8 mm),延伸率、n值、r值等表征冲压性能的指标较低,影响深冲钢产品进一步市场开拓。r值(塑性应变比)是材料强度各向异性的反映,体现板材抵抗变薄的能力。r值越高,说明在成型过程中板材抵抗变薄的能力越强,在成型过程中不易破裂,影响到板材塑性的发挥,可用这个指数判断板材的成型性^[2-3]。为了保证深冲性能,需要r值不小于2.0。对于深冲钢而言,最有利织构是{111}<hkl>,最不利织构是{100}<110>,这两种织构组分的比例严重影响r值的大小。

为了提高r值,就必须从平行于轧面的主要组分是{111}<001>的轧制织构中得到{111}<hkl>再结晶织构^[4]。文章以成品厚度1.8 mm Ti-IF深冲钢St14钢卷为试验对象,研究了冷轧压下率和罩式退火炉退火时间对Ti-IF深冲钢St14冲压性能,尤其是对r值(塑性应变比)的影响规律。通过优化工艺制度,提高深冲钢产品冲压性能。

1 试验材料与工艺

收起

研究采用DDQ级别的Ti系无间隙原子钢St14,分别将厚度4.5 mm、5.0 mm和5.5 mm的热轧原料冷轧至1.8 mm冷硬卷,压下率分别为60%、64%、67%。冷硬卷以60 ℃/h的加热速度升温至730 ℃进行罩式退火,保温时间分别为12 h、15 h、18 h。

St14化学成分如表1所示,热轧工艺制度如表2所示,酸轧、退火工艺如表3所示,退火温度升降制度如图1所示。每个工艺方案采用3卷进行试验。

借助奥林巴斯GX51F倒置式系统金相显微镜进行组织观察并采集图像;使用荷兰帕纳科公司生产的X’ Pert PRO MPD型X射线衍射仪进行宏观织构检测,并计算取向分布函数ODF;使用德国ZWICK Z250拉力试验机检测力学性能。

2 试验结果及分析

收起

2.1 显微组织分析

为了研究退火时间对显微组织的影响,对冷轧压下率均为60%的1^#、3^#、6^#进行金相组织分析,如图2所示。从金相组织看,退火时间12 h的1^#样晶粒度评级为8级,退火时间15 h的3^#样晶粒度评级为7级,退火时间18 h的6^#样晶粒度评级为6.5级。

采用730 ℃、12~18 h的罩式退火工艺,该温度对于超低碳深冲钢而言,达到再结晶退火温度以上,且退火时间足够,得到的金相组织处于晶粒长大阶段。随着退火时间的延长,晶粒持续长大,晶粒度由8级增长至6.5级,符合深冲钢晶粒度范围。此过程中部分晶粒被周围其它晶粒吞并,逐渐变得粗大不均匀。

图3为退火时间为15 h、冷轧压下率分别为60%、64%%和67%时的退火金相组织,晶粒度等级分别为7级、7.5级和7.5级,随着冷轧压下率的增加,晶粒尺寸略呈减小趋势。退火板组织主要取决于冷轧及退火过程,由于各试样是在同一制度下进行退火,因此冷轧压下率是造成组织特征不同的根本原因。冷轧薄板在退火过程中,随着加热温度的升高,将经历回复、再结晶和晶粒长大三个阶段,再结晶过程的原动力主要是变形晶粒的畸变能,压下率越大则畸变能越高,再结晶越容易进行,同时变形越大,组织中位错等缺陷也越多,从而增加了再结晶的形核点,压下率越大的组织内再结晶晶粒越多,相应晶粒尺寸就越细小均匀^[5]。本试验受轧机总压下量的限制,压下率变化幅度较小,其晶粒尺寸随压下率增加呈细化趋势,但变化不显著。

2.2 再结晶退火织构分析

图4为Ti-IF钢在压下率均为60%时,不同退火时间的织构ϕ₂=45°ODF截面图。随着退火时间的增加,织构强度不断增加,当退火时间达到最长18 h时,γ纤维织构织构密度最大值为5.3,为三种退火时间中最大者,其r值亦为最大值2.201。而退火时间在12 h时,γ纤维织构织构密度最大值仅为2.15,平均织构密度亦较低,相应r值为1.642。

图5为Ti-IF钢在退火时间为15 h时,不同压下率的织构ϕ₂=45°ODF截面图,随着压下率的增大,织构强度不断增加,当压下率达到最大的67%时,γ纤维织构织构密度最大值为4.13,为三种退火时间中最大者,其r值亦为最大值2.153。而压下率为60%时,γ纤维织构织构密度最大值仅为2.45,相应r值为1.96。

图6和图7为Ti-IF钢在不同压下率和不同退火时间的退火织构的变化,定量地说明了{100}、{111}和{112}织构含量占比的变化。

从图6中可以看出,在3个不同压下率条件下,{112}织构占比最多,达到50%左右,其次{111}织构占比20%~30%之间,{100}织构占比最少,在10%~15%左右。随着压下率的增大,{112}织构先增多然后持平,{100}织构基本呈下降趋势,{111}织构由20%增加至26%,呈现明显的上升趋势,表明有利冲压织构占比随着压下率的增大而逐渐增多。

从图7中可以看出,随着退火时间的增加,{100}织构占比递减,{111}和{112}织构占比递增,{112}织构占比高于{111}织构占比。{111}取向的晶粒主要在再结晶过程中形成,依靠吞并{100}取向的晶粒而长大。

图8和图9为α取向线上织构密度f随不同压下率、不同退火时间的变化规律。从图8、图9可以看出,在α取向线上,随着压下率增大、退火时间的增加,{111}<110>织构密度有所提高,而{112}<110>织构密度随压下率的增大而下降,随退火时间的增加织构密度变化规律不显著;{100}<011>织构密度随压下率的增大、退火时间的增加均呈下降趋势。

在γ取向线上,随着压下率的增大,如图10,{111}<110>和{111}<112>织构密度均有所提高,但{111}<112>织构密度高于{111}<110>织构密度;随着退火时间的增加,如图11,{111}<110>和{111}<112>织构密度也呈升高趋势,在保温12 h和15 h时,{111}<112>织构密度高于{111}<110>织构密度,在保温18 h时,{111}<112>织构密度低于{111}<110>织构密度。

2.3 力学性能分析与讨论

2.3.1 抗拉强度分析

St14不同工艺制度力学性能如表4所示。从图12和图13可以看出,抗拉强度随冷轧压下率的增大呈上升趋势,随退火时间的延长呈下降趋势。冷轧压下率增加,冷硬带钢晶粒越破碎,形变晶粒贮存的畸变能变大,退火再结晶的形核点越多,进而再结晶的驱动力增加,冷轧压下率增大促使形核率增加,晶粒尺寸越小;在相同热轧工艺、相同冷轧压下率前提下,冷硬带钢原始晶粒度一致,随着退火时间的增加,晶粒得到进一步长大,大晶粒吞并相邻较小晶粒,晶粒度由8级上涨至6级。晶粒尺寸越小,晶间结合力越强,表现出抗拉强度越大,反之,抗拉强度越小。

2.3.2 塑性应变比r值分析

大量研究表明,板材内的织构与r值有着密切的联系。对于r值高的材料而言,板材各晶粒的{111}面大多平行于轧面,即材料具有强的{111}型织构;而当板材各晶粒的{100}面大多平行于轧面时,可使板材的r值降低。

在相同热轧工艺制度前提下,退火时采用一阶段加热模式,退火温度均加热到730 ℃,分别进行12 h和15 h退火,对比相同退火时间、不同冷轧压下率对应的r值变化情况,见表4。2^#样比1^#样压下率提高7个百分点,r值提高0.228;3^#、4^#、5^#样随着冷轧压下率的递增,r值整体呈上升趋势,4^#样较3^#样压下率提高4个百分点,r值提高0.160,5^#样较4^#样压下率提高3个百分点,r值提高0.033。

退火温度和退火时间固定不变,塑性应变比r值随冷轧压下率的增大呈增高趋势。研究表明,高冷轧压下率可以在钢中存储较多的畸变能,为后续退火过程中的再结晶提供更大的驱动力,使再结晶温度降低,提高再结晶速度,有利于晶粒的择优分布,即{111}织构密度增强,从而提高塑性应变比r值。

从表4可以看出,n值随压下率、退火时间的变化不明显。在冷轧压下率为60%的情况下,1^#、3^#、6^#样的退火时间分别为12 h、15 h、18 h,退火时间分别延长3 h,r值呈上升趋势,3^#样r值较1^#样提高0.318,6^#样r值较3^#样提高0.241;冷轧压下率均为67%时,2^#、5^#样的退火时间分别为12 h、15 h,5^#样退火时间较2^#样延长3 h,r值提高0.283。

随着退火时间的延长,再结晶过程充分进行,有利冲压织构{111}逐渐吞并不利冲压织构{100},{111}织构密度增强,晶粒不断长大并逐渐均匀,这些都促进了冲压性能的提高,即r值的提高。织构变化趋势与力学性能的试验结果是一致的。随着冷轧压下率、退火时间的增加,α取向线上和γ取向线上{111}织构密度均增强。α取向线上和γ取向线上的{111}织构密度均在保温18h时达到最大。说明在{111}取向晶粒长大过程中,γ纤维织构之间也发生相互转化,主要是{111}<112>织构与{111}<110>织构之间的转化。{111}<110>会造成轧板横向冲压性能r₉₀特别好,但r₀较低,而{111}<112>织构的特点相反,故两种织构相结合对冲压性能最好^[6],从图7和图10可以看到,在压下率60%、保温时间18 h时,可以获得最强的{111}织构,即最大的r₉₀值;而保温时间12 h、压下率64%时拥有最小的{111}<110>与{111}<112>织构密度差,即△r值较小。在实际生产中应综合考虑r值和△r值的这两种因素,以确定最佳的冷轧压下率和退火温度。

3 结论

收起

(1)随着退火时间的延长,晶粒度等级由8级增长至6.5级,但晶粒尺寸不均匀性增加。

(2)在退火温度730 ℃且保温时间相同条件下,随冷轧压下率的提高,r值、抗拉强度均呈增大趋势;在冷轧压下率相同条件下,随退火时间的延长,r值呈增大趋势,抗拉强度呈减小趋势,n值变化不明显。

(3)冷轧压下率的提高、保温时间的延长,{111}织构逐渐吞并{100}织构,{111}织构密度增强,对最大压下率仅为67% St14厚规格产品(不小于1.8 mm),其主要织构仍以{112}为主。

(4)在{111}取向晶粒长大过程中,γ纤维织构之间发生相互转化,主要是{111}<112>织构与{111}<110>织构之间的转化。

参考文献

收起

文献

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参考文献引证文献

排序方式：

[1]

康永林. 现代汽车板的质量控制与成形性[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1999.

[2]

赵辉, 王先进, 王德城, 等. 热轧工艺对IF钢析出物析出行为的影响[J]. 钢铁研究, 1994,(1):28-30.

[3]

贺彤, 刘沿东, 蒋奇武, 等. IF钢冷轧及再结晶初期微观组织的TEM研究[J]. 材料与冶金学报, 2007, 6(4):285-289.

[4]

马全仓, 毛卫民, 杜磊, 等. 不同织构组分对IF钢板r(θ)值起伏的影响[J]. 钢铁, 2005, 40(5):58-61.

[5]

孟德亮, 王川, 仲海峰, 等. 冷轧压下率对超低碳深冲钢再结晶退火组织与性能的影响[J]. 热加工工艺, 2016, 45(9):127-129.

[6]

杨平, 李志超, 毛卫民, 等. 钢中{111}<112>再结晶织构的形成[J]. 材料热处理学报, 2009, 30(3):46-52.

2022年第48卷第1期

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128

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接收时间：2021-10-28
首发时间：2025-11-24
出版时间：2022-02-25

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收稿日期：2021-10-28

基金

作者信息

¹ 内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂,内蒙古包头 014010

² 内蒙古包钢钢联股份有限公司制造部,内蒙古包头 014010

³ 内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特 010000

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/bgkj/CN/1199661555588629483

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

牌号	C	Si	Mn	P	S	Al_s	Ti
St14	0.002	0.006	0.15	0.010	0.003	0.060	0.060

牌号

Al_s

St14

0.002

0.006

0.15

0.010

0.003

0.060

板坯加热时间 /min	均热时间 /min	出炉温度 /℃	终轧温度 /℃	卷取温度 /℃
180~240	≥30	1 210±20	920±20	720±20

板坯加热时间
/min

均热时间
/min

出炉温度
/℃

终轧温度
/℃

卷取温度
/℃

180~240

≥30

1 210±20

920±20

720±20

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
1^#	60	730	12	6
2^#	67	730	12	6
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4^#	64	730	15	6
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试样编号

冷轧压下率
/%

退火温度
/℃

退火时间
/h

缓冷时间
/h

1^#

730

2^#

730

3^#

730

4^#

730

5^#

730

6^#

730

试样编号	退火温度 /℃	退火时间 /h	冷轧压下率 /%	性能均值
1^#	730	12	60	128	278	43.0	0.229	1.642
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3^#	730	15	60	116	271	47.8	0.240	1.960
4^#	730	15	64	117	272	43.7	0.223	2.120
5^#	730	15	67	126	277	46.0	0.234	2.153
6^#	730	18	60	130	266	44.0	0.237	2.201

试样编号

退火温度
/℃

退火时间
/h

冷轧压下率
/%

性能均值

屈服强度/MPa

抗拉强度/MPa

延伸率/%

n₉₀

r₉₀

1^#

730

128

278

43.0

0.229

1.642

2^#

730

124

280

45.0

0.237

1.870

3^#

730

116

271

47.8

0.240

1.960

4^#

730

117

272

43.7

0.223

2.120

5^#

730

126

277

46.0

0.234

2.153

6^#

730

130

266

44.0

0.237

2.201

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
1^#	60	730	12	6
2^#	67	730	12	6
3^#	60	730	15	6
4^#	64	730	15	6
5^#	67	730	15	6
6^#	60	730	18	6

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
1^#	60	730	12	6
2^#	67	730	12	6
3^#	60	730	15	6
4^#	64	730	15	6
5^#	67	730	15	6
6^#	60	730	18	6

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
1^#	60	730	12	6
2^#	67	730	12	6
3^#	60	730	15	6
4^#	64	730	15	6
5^#	67	730	15	6
6^#	60	730	18	6

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
1^#	60	730	12	6
2^#	67	730	12	6
3^#	60	730	15	6
4^#	64	730	15	6
5^#	67	730	15	6
6^#	60	730	18	6

试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
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3^#	60	730	15	6
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试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
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试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
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试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
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试样编号	冷轧压下率 /%	退火温度 /℃	退火时间 /h	缓冷时间 /h
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