冷軋鋼帶SPCC力學性能優化分析
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摘要:文章介紹了目前用戶對冷軋低碳產品的實際需求，包鋼稀土鋼板材廠連退生產線對首次試制的SPCC進行工藝優化，降低屈服強度范圍，消除屈服平臺，提升產品的力學性能水平，使得該產品屈服強度控制在230MPa以下，滿足市場要求。
關鍵詞:連退生產線;工藝優化;屈服平臺
SPCC是一種低碳鋁鎮靜鋼，隨著各鋼廠工藝控制水平的提升，其優良的沖壓性能與低廉的價格深受用戶的歡迎，連續退火生產的冷軋鋼帶表面質量及性能均勻性優于采用罩式退火工藝的產品。但連續退火時間較短，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屈服平臺，嚴重影響產品的使用性能，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，降低產品強度，消除屈服平臺，從而獲得具有良好沖壓性能的產品，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品spcc為鋁鎮靜鋼，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工藝的影響根據文獻查閱制定各段工藝參數，設計加熱工藝參數時，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，根據鐵碳相圖，為避免鋼帶在終軋過程中進入兩相區出現混晶，采用高的終軋溫度。連續退火過程中發生再結晶的驅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，隨后連續退火過程中再結晶驅動力增加，有利于變形鋼帶發生再結晶，因此冷軋壓下率要求大于70%。采用高的連續退火溫度，主要是消除冷軋變形后的加工硬化，消除內應力，使成品得到均勻的再結晶組織，最終獲得理想的深沖性能，退火溫度700～780℃。各段工藝參數設計如表2所示。
1．1．3檢測結果首次試制后，經統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，如該產品用于沖壓件，碳、氮原子與位錯之間相互作用產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明顯的滑移線，嚴重影響力學性能的穩定性。因此為解決該問題，分別對產品的退火溫度、卷取溫度進行調整，優化產品的力學性能。
1．2工藝優化
根據首次試制的結果，采用兩個方案對產品進行優化，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結果分析
從表4的檢驗結果中看出方案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，促進了再結晶晶粒的長大，產品強度有小幅降低。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，由于連續退火工藝中加熱速度快、退火時間短，再結晶過程會先于AlN的析出，而間隙固溶元素會對再結晶過程中織構的發展產生不利影響［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，有效降低產品強度。
3結論
(1)本文通過提升退火溫度，對產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