溫 斌 何曉波 向 華（安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 前言

2019年我國(guó)的汽車產(chǎn)量達(dá)2 570 萬輛，其中新能源汽車124.2 萬輛，我國(guó)新能源汽車在經(jīng)歷了早期高速增長(zhǎng)后供給趨于穩(wěn)定，預(yù)計(jì)在2020～2025年新能源汽車行業(yè)生產(chǎn)總量增速在30%，這將預(yù)示著對(duì)汽車板的需求量也將越大。近年來，為適應(yīng)汽車減重、降低材料消耗、節(jié)約燃油和延長(zhǎng)續(xù)航能力的需要，對(duì)汽車用鋼板性能的要求也越來越高。IF鋼也稱為無間隙原子鋼，是在超低碳鋼中加入一定量的鈦(或鈮),使鋼中的碳、氮原子被固定成碳化物、氮化物,而鋼中無間隙原子存在，因此該鋼種具有優(yōu)良的特性,即高的塑性應(yīng)變比、高的應(yīng)變硬化指數(shù)、高的伸長(zhǎng)率、低的屈服強(qiáng)度和非時(shí)效性，在汽車工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)IF鋼最常用的工藝流程為高爐→鐵水脫硫→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→RH真空處理→連鑄→加熱爐→熱軋→控制冷卻→卷取→酸洗→冷軋→退火。筆者主要通過對(duì)熱軋過程工藝參數(shù)，即在爐時(shí)間、開軋溫度、終軋溫度、冷卻速度、卷取溫度等進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，研究了熱軋工藝對(duì)Ti-IF鋼熱軋帶鋼組織性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)鋼成分

試驗(yàn)用坯料為某廠生產(chǎn)的無間隙原子鋼，煉鋼工藝為鐵水脫硫→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→RH真空處理→連鑄，坯料厚度為230 mm。由IF鋼的性質(zhì)可知，對(duì)IF鋼有害的雜質(zhì)有C、N、夾雜物、Si、S、P等，其中最有害的元素是間隙原子C、N，同時(shí)為保證鋼的深沖性能、表面質(zhì)量以及生產(chǎn)順行，煉鋼工序需要嚴(yán)格控制成分和夾雜物，必須保證超低碳、微合金化和鋼質(zhì)的純凈。其主要化學(xué)成分見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

主要通過對(duì)比驗(yàn)證的方式，對(duì)比不同在爐時(shí)間、不同終軋溫度（880 ℃、920 ℃）、不同卷取溫度（760 ℃、720 ℃、680 ℃、650 ℃）和不同冷卻模式等對(duì)Ti-IF鋼組織和性能的影響。生產(chǎn)取樣時(shí)，在鋼卷寬度方向1/4的位置取組織和性能試樣，同時(shí)取橫向、縱向、45°試樣，對(duì)比其拉伸性能。

表1 試驗(yàn)用鋼化學(xué)成分 %

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 加熱工藝對(duì)組織性能的影響

加熱工藝對(duì)鋼的主要影響的因素有加熱速度、保溫溫度、保溫時(shí)間等。已有學(xué)者研究表明[1,2]較低的加熱溫度有利于析出粗大的Ti4C2S2粒子，減少細(xì)小的TiC粒子，能夠使IF鋼的屈服強(qiáng)度降低、工藝性能提高。但對(duì)于保溫時(shí)間對(duì)其性能的影響規(guī)律少有研究，取同爐次試驗(yàn)鋼進(jìn)行不同保溫時(shí)間的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)鋼的加熱溫度為1 220 ℃，終軋溫度為920 ℃，卷取溫度為720 ℃，加熱保溫時(shí)間分別為130 min和220 min，力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表2。從性能數(shù)據(jù)上看，較長(zhǎng)的保溫時(shí)間使熱軋IF鋼的強(qiáng)度、屈強(qiáng)比增加，伸長(zhǎng)率降低，而且屈服強(qiáng)度提高了28 MPa。不同保溫時(shí)間熱軋IF鋼的金相組織如圖1所示。通過對(duì)金相組織的觀察發(fā)現(xiàn)，鋼坯在長(zhǎng)時(shí)間保溫后軋制，軋后鋼板的晶粒尺寸略大，但是晶粒度都在7級(jí)，也就是說晶粒尺寸不是影響屈服強(qiáng)度差別較大的原因。從成分和工藝上分析，屈服強(qiáng)度之所以差別較大，主要是隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，Ti溶解得更充分，更容易在熱軋過程中彌散析出更多細(xì)小的Ti4C2S2、TiC等粒子，使熱軋IF鋼的強(qiáng)度升高，這對(duì)最終產(chǎn)品的深沖性能有一定的影響。

表2 保溫時(shí)間對(duì)性能影響

圖1 不同保溫時(shí)間熱軋IF鋼的金相組織

2.2 終軋溫度對(duì)組織性能的影響

對(duì)比不同終軋溫度對(duì)Ti-IF鋼性能的影響，保溫時(shí)間135 min，卷取溫度720 ℃，終軋溫度分別為920 ℃、和880 ℃，具體的力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表3。試驗(yàn)結(jié)果表明：終軋溫度為920 ℃的工藝相比終軋溫度為880 ℃的工藝來說，鋼板的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比均有提升。通過組織觀察發(fā)現(xiàn)，兩種工藝的晶粒尺寸差別較小，但是采用高溫終軋工藝生產(chǎn)的鋼的屈服強(qiáng)度要高于采用低溫終軋工藝生產(chǎn)的鋼的，原因是高溫終軋促使第二相粒子的析出，從而提高了鋼的強(qiáng)度；另外，鋼中內(nèi)部的析出物和組織的均勻性也會(huì)影響熱軋鋼板的力學(xué)性能,這種規(guī)律在其他資料[3]中也有提及。

表3 不同終軋溫度對(duì)性能影響

考慮到板帶邊部溫降，觀察了靠近板帶邊部的組織，圖2為不同終軋溫度板帶邊部金相組織，發(fā)現(xiàn)880 ℃終軋后板帶邊部組織基本都是形變鐵素體晶粒，這說明熱軋時(shí)板帶邊部已經(jīng)進(jìn)入了兩相區(qū)軋制范圍，而兩相區(qū)軋制時(shí)的熱軋組織容易產(chǎn)生混晶組織。楊雪梅等人的研究認(rèn)為[3,5]，熱軋后的混晶組織在退火后也不均勻，會(huì)引起塑性降低，延伸率下降，而且兩相區(qū)終軋后的熱軋板在冷軋后的織構(gòu)特征相對(duì)較差，導(dǎo)致r值減小，所以應(yīng)避免在兩相區(qū)軋制。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際得出，終軋溫度控制在920 ℃左右最為合適，這樣能更容易得到深沖性能優(yōu)異的Ti-IF鋼。

圖2 不同終軋溫度板帶邊部金相組織

2.3 卷取溫度對(duì)組織性能的影響

對(duì)比不同卷取溫度對(duì)Ti-IF鋼性能的影響，保溫時(shí)間140 min，終軋溫度920 ℃，卷取溫度分別為760 ℃、720 ℃、580 ℃和650 ℃ 。力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表4。隨著卷取溫度的提高，屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比逐漸降低，卷取溫度720 ℃時(shí)的伸長(zhǎng)率最好；顯微組織上，隨著卷取溫度的升高，平均晶粒尺寸逐漸增大，晶粒度在6.5～7.5級(jí)左右，不同終軋溫度IF鋼的顯微組織如圖3所示。屈服強(qiáng)度隨著卷取溫度的降低而提高的原因主要有兩點(diǎn)：一是隨著卷曲溫度的降低，晶粒尺寸的減小造成屈服強(qiáng)度的提高；二是高溫卷取有利于析出物的長(zhǎng)大，而低溫卷取后鋼中析出的第二相粒子細(xì)小均勻，沉淀強(qiáng)化效果顯著，大幅度提高了屈服強(qiáng)度。720 ℃卷取熱軋IF鋼的伸長(zhǎng)率最好，原因是650 ℃卷取時(shí)存在不均勻組織導(dǎo)致伸長(zhǎng)率降低，而卷取溫度過高也會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大，降低總伸長(zhǎng)率。因此，卷取溫度在720 ℃左右時(shí)能夠獲得較好塑性的熱軋IF鋼。文獻(xiàn)資料中[4]也有敘述，為了獲得對(duì)拉延性能有利的熱軋組織，應(yīng)使熱軋IF鋼的卷取溫度低于730 ℃左右為佳。

表4 不同卷取溫度對(duì)性能影響

圖3 不同終軋溫度IF鋼的金相組織

2.4 冷卻工藝對(duì)組織性能的影響

冷卻工藝直接影響鋼冷卻后的組織結(jié)構(gòu)和性能，在同批次IF鋼上做對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證前段冷卻和后段冷卻工藝對(duì)鋼性能和組織的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：后段冷卻工藝略微降低了鋼的強(qiáng)度，提高了伸長(zhǎng)率，同時(shí)后段冷卻工藝處理后的鋼中的較大尺寸晶粒占比較高，而前段冷卻工藝處理后的鋼的晶粒在尺寸和形狀上相對(duì)均勻，對(duì)提高r值有利[6,7]。兩種冷卻工藝?yán)鋮s后鋼的力學(xué)性能和組織照片見表5和圖4。

表5 終冷溫度對(duì)性能影響

圖4 不同終軋溫度IF鋼的金相組織

2.5 板寬1/4處各向拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了了解Ti-IF鋼不同卷曲溫度的各向性能，在鋼帶帶寬1/4處取橫向、縱向、45°試樣，做不同方向拉伸性能對(duì)比試驗(yàn)。不同工藝條件下屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在不同方向的性能差異如圖5所示。從對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果看，存在的普遍規(guī)律是橫向強(qiáng)度高于縱向強(qiáng)度，值得注意的是在720 ℃卷取后鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度在各個(gè)方向的差異最小，因此將熱軋卷取溫度控制在720 ℃左右范圍，能夠獲得性能各項(xiàng)異性較小的熱軋鋼帶。同時(shí)，由于冷軋鋼板具有遺傳熱軋鋼板性能的特性，所以這樣的熱軋鋼板在冷軋后更容易獲得優(yōu)異的性能。

3 結(jié)論

圖5 不同工藝條件下屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的各向異性

IF鋼板坯在高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)能夠使鋼中的Ti（C,N）溶解得更充分，在熱軋后表現(xiàn)出更高的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比；終軋溫度和卷取溫度對(duì)IF鋼熱軋性能的影響主要與Ti（C,N）的析出有關(guān)，而晶粒尺寸對(duì)強(qiáng)度的影響較小，同時(shí)軋后后段冷卻強(qiáng)度略降、屈強(qiáng)比升高，成型性能變差；當(dāng)終軋溫度920 ℃，卷取溫度720 ℃時(shí)，軋后鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度在各個(gè)方向的差異最小，成型性能最好。