陳 瑾 劉戰(zhàn)英

(河北理工大學(xué))

冷軋微碳鋼工藝參數(shù)對(duì)深沖性能的影響

陳 瑾 劉戰(zhàn)英

(河北理工大學(xué))

通過軋制試驗(yàn)和性能檢測(cè)，得到了冷軋微碳鋼軋制工藝參數(shù)和退火溫度對(duì)深沖性能的影響關(guān)系。通過 X射線衍射儀測(cè)定了軋制織構(gòu)，并且進(jìn)行了ODF定量分析，使檢測(cè)的塑性應(yīng)變比 r值 與織構(gòu)分析一致，為制定冷軋微碳鋼的軋制和退火工藝參數(shù)提供了依據(jù)。

微碳鋼 深沖性能 塑性應(yīng)變比織構(gòu)

微碳深沖鋼是目前使用的比較典型、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的深沖用鋼，它是在傳統(tǒng)的低碳鋁鎮(zhèn)靜深沖鋼基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步降碳和純凈鋼質(zhì)發(fā)展而來的。這類鋼通常的化學(xué)成分為低碳、低硫，碳和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分別小于0.04％和0.015％，廣泛用于汽車制造中的沖壓件[1]。目前，對(duì)超低碳 IF鋼的研究比較多而對(duì)微碳鋼的研究則較少。筆者針對(duì)某鋼鐵公司生產(chǎn)的微碳鋼，研究了冷軋工藝參數(shù)與退火制度對(duì)深沖性能的影響。以熱軋后的帶鋼為實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行冷軋及退火工藝試驗(yàn)。通過不同的冷軋壓下率和退火溫度，對(duì)性能進(jìn)行檢測(cè)和織構(gòu)分析，得到了冷軋微碳鋼軋制工藝參數(shù)和退火溫度對(duì)深沖性能的影響關(guān)系。這對(duì)微碳鋼用于沖壓件制做具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

冷軋?jiān)囼?yàn)所用的原料為熱軋帶鋼，其化學(xué)成分見表1。

表1 微碳鋼的化學(xué)成分 w/％

熱軋帶鋼采用厚度為 85mm的連鑄薄板坯，經(jīng)過2架粗軋機(jī)和5架精軋機(jī)的連續(xù)軋制，軋制成厚度3.6 mm的帶鋼。開軋溫度為1100℃，在粗軋和精軋之間通過水冷裝置冷卻軋件，使入精軋溫度在860℃左右，實(shí)現(xiàn)鐵素體區(qū)軋制，終軋溫度為800℃。由熱軋帶鋼上取樣，試樣寬180mm、長230mm，做為冷軋?jiān)囼?yàn)的原料。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室的二輥冷軋機(jī)上進(jìn)行，軋輥直徑為170mm，軋制速度為0.39 m/s，在軋制試驗(yàn)過程采用潤滑軋制，潤滑劑采用國產(chǎn)奎克潤滑油。冷軋?jiān)囼?yàn)的軋制規(guī)程和退火制度見表2。

表2 冷軋?jiān)囼?yàn)的軋制規(guī)程和退火制度

軋制試驗(yàn)過程由于軋件受咬入條件的限制，在50％的壓下率軋制3道次、在 75％的壓下率軋制4道次、在90％的壓下率軋制5道次。

軋后按照國家標(biāo)準(zhǔn)制作拉伸試樣，試樣分別由軋制試樣上用線切割機(jī)切割得到。試樣分別按照與軋制方向成0°、45°和90°切割取得，尺寸為12mm ×250mm。退火用的退火爐型號(hào)為 SX2-4-10，為防止氧化，采用氫氣氣體保護(hù)退火。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 性能檢測(cè)

對(duì)試樣進(jìn)行拉伸檢測(cè)。拉伸在 SCHENCK-10KN型伺服拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。當(dāng)拉伸延伸率達(dá)10％時(shí)停止拉伸，取標(biāo)距里的三個(gè)不同的寬度，求得平均值。按照國家標(biāo)準(zhǔn)求 r0、r45、r90值。在對(duì)于不同方向上的試樣用下式計(jì)算加權(quán)平均值

總壓下率/％ 退火溫度/℃ 退火時(shí)間/m in r 值28 700 30 0.5628 750 30 0.8750 700 30 0.8650 750 30 0.93 75 700 10 0.96 75 750 10 1.0390 700 10 1.1290 750 10 1.46

圖1 700℃退火隨壓下率的變化趨勢(shì)

圖2 750℃退火隨壓下率的變化趨勢(shì)

在退火過程發(fā)生回復(fù)、初次再結(jié)晶和晶粒長大，同時(shí)對(duì)深沖性能至關(guān)重要的γ纖維織構(gòu)也是在此階段形成。根據(jù)定向形核和定向生長理論，隨著退火溫度的提高，再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力增加，會(huì)使得{111}取向晶粒在再結(jié)晶過程中的形核和長大的幾率增加，所以退火溫度提高值 也提高[2]。

2.2 金相組織

在熱軋、冷軋及退火的材料上截取20mm×20mm的試樣，圖3為不同壓下率和退火溫度下微碳鋼的顯微組織。

圖3 金相組織

由圖3可見，微碳鋼的軋制和退火組織由鐵素體構(gòu)成。隨著冷軋壓下率的增加，晶粒的畸變?cè)絿?yán)重，即晶粒沿著軋制方向被拉長。變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，機(jī)械性能發(fā)生了重大變化，強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性上升。由以上金相組織可以看出，變形程度對(duì)再結(jié)晶晶粒大小有很大影響，當(dāng)變形程度較小時(shí)，再結(jié)晶畸變能小，晶粒相對(duì)粗大；當(dāng)超過臨界變形量后，晶粒逐漸細(xì)化，變形度越大，晶粒越細(xì)小。這是由于變形度增加，使畸變能增加，再結(jié)晶晶粒變細(xì)[3]，退火溫度越高發(fā)生再結(jié)晶后晶粒越細(xì)小。

2.3 織構(gòu)分析

在熱軋、冷軋及退火的材料上截取20mm×20mm的試樣，用 R INT2500/PC型 X射線衍射儀測(cè)定了織構(gòu)，得到了 ODF圖(取向分布函數(shù)圖)。根據(jù)ODF圖繪制了γ和α取向線，對(duì)各種試驗(yàn)條件下的織構(gòu)進(jìn)行了分析。

2.3.1 冷軋織構(gòu)分析

微碳鋼為體心立方金屬，圖為冷軋后的不同的壓下量試樣的ODF圖。按照?qǐng)D4所示的ODF圖繪制了φ2=45°的α和γ取向線(如圖5所示)。而α和γ取向線能充分展示冷軋變形中織構(gòu)變化。

圖4 冷軋?jiān)嚇拥腛DF圖

圖5 不同冷軋壓下率下φ2=45°的α和γ取向線

從圖中可以看出，隨著冷軋壓下率的增加，α線上的取向密度不斷增強(qiáng)，壓下率為50％的織構(gòu)比較弱，并且主要形成了{(lán)001}＜110＞和{112}＜110＞織構(gòu)；γ線上的{111}＜110＞織構(gòu)也有所增強(qiáng)，但是壓下率為50％時(shí)相對(duì)較弱，而{111}＜112＞織構(gòu)比{111}＜110＞織構(gòu)相對(duì)要強(qiáng)一些。

2.3.2 再結(jié)晶織構(gòu)分析

對(duì)壓下率為90％的冷軋樣分別進(jìn)行了 700℃，750℃不同溫度退火處理，圖6為不同退火溫度的再結(jié)晶ODF圖。按照?qǐng)D6所示的ODF圖繪制了φ2=45°的α和γ取向線密度分布圖(如圖7所示)。

圖6 冷軋退火試樣的ODF圖

圖7 不同退火溫度的φ2=45°的α和γ取向線

由圖6可以看出，冷軋經(jīng)過退火后，由于發(fā)生了再結(jié)晶α取向線密度較退火前的密度小，而退火前{001}＜110＞織構(gòu)的密度要比{111}＜110＞織構(gòu)密度要大得多，而退火后α線上的{001}＜110＞和{112}＜110＞不利織構(gòu)明顯大量減少，γ線上的{111}＜110＞有利織構(gòu)也有所減少，但是{111}＜112＞織構(gòu)增強(qiáng)較為明顯。這是由于再結(jié)晶退火時(shí)保持了一定原來的冷軋織構(gòu)，一部分變形織構(gòu)被其他組分的織構(gòu)所代替。

由圖7可以看出，發(fā)生再結(jié)晶退火后{111}＜110＞有利織構(gòu)的密度強(qiáng)度較{001}＜110＞不利織構(gòu)密度強(qiáng)度減小的要小得多，也就是說相比之下在帶鋼中{111}＜110＞織構(gòu)是增加了。{111}/{110}織構(gòu)組分較退火之前增加約50％，因此使深沖性能提高。退火溫度越高

book=26,ebook=24條，其壓力為0.4～0.6 M Pa，按流速 8.5m/s計(jì)算，則其流量為30 m3/h，故其在試驗(yàn)階段內(nèi)消耗的壓縮空氣量為2160 m3。

50μm，電熔鎂砂細(xì)粉中的CaO與 Fe2O3在低溫下生成的液相填充于M gO晶粒間；而在M gO細(xì)粉包裹含添加劑 CaO砂的交界層處有明顯裂紋出現(xiàn)不利于提高 CaO砂的抗水化性。

圖3 mgO薄膜和CaO接觸層處顯微結(jié)構(gòu)

M gO薄膜和 CaO接觸層處線分析如圖4所示。由圖4可以看出，在距邊界約0mm～0.25mm處以M gO為主晶相，只含有少量的 CaO；在0.25mm～1.00mm處，是以M gO為主晶相，CaO為次晶相，類似為M gO-CaO材料；而在約1.00mm以外，M gO含量陡然下降，CaO成為主晶相的 CaO材料。

圖4 mgO薄膜和CaO接觸層處線分析

5 結(jié)論

1)電熔M gO細(xì)粉包裹無添加劑 CaO砂抗水化性優(yōu)于包裹含添加劑 CaO砂，使其交界處成為類似M gO-CaO質(zhì)材料，不出現(xiàn)層裂。

2)在電熔M gO細(xì)粉中引入1.0％的 Fe2O3包裹無添加劑 CaO砂經(jīng)1600℃×3 h燒后，能在 CaO砂表面制備厚度約為0.25mm的M gO薄膜，可提高其的抗水化性，將 CaO砂水化增重率由20.69％降至8.10％。

[1]牛建平，楊克努，管恒榮，等.超純凈金屬冶煉用 CaO耐火材料的研究進(jìn)展[J].耐火材料，2001，35(5)：290-292.

[2]陳肇友，田守信.耐火材料與潔凈鋼的關(guān)系[J].耐火材料，2004，38(4)：219-225.

[3]古瑞琴，王乃榮，鐘香崇.CeO2對(duì)氧化鈣材料抗水化性能的影響[J].耐火材料，2006，(6)：387-388.

[4]H A yg¨u l Yep rem.Effectof iron oxide addition on the hyd ration resistance and bu lk density of doloma[J].Journal of the European Ceram ic Soc Iety，2007(27)：1651-1655.

[5]CHENmin，LU Caiyun，YU Jingkun. Imp rovement in perfor mance ofM gO-CaO refractories by addition of nano-sized ZrO2[J]. Journal of the European Ceram ic Society，2007(27)：4633-4638.

[6]陳敏，王楠，王洋，等.合成抗水化性致密氧化鈣砂的研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，28(2)：225-228.

[7]CHENmin，WANGNan，YU Jingkun.Effectofporosity on carbonation and hyd ration resistance of CaO materials[J].Journal of the European Ceram ic Society，2007，(27)，1953-1959.

[8]梁永和，吳蕓蕓，沈偉英.氧化鈣砂表面改性及其抗水化性能研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31(3)：247-249.

[9]唐小麗，劉昌勝.重?zé)趸V粉的活性測(cè)定[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，27(2)：157-160.

[10]王維邦.耐火材料工藝學(xué)[M].第2版.北京：冶金工業(yè)出版社，1994：117-128.

[11]郁國城.堿性耐火材料理論基礎(chǔ)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1982：302-306.

旋轉(zhuǎn)密封閥處壓縮空氣管道為DN50的管道兩條，其壓力為9 kPa，按流速14m/s計(jì)算，則其流量為197.8 m3/h，故其在試驗(yàn)階段內(nèi)消耗的壓縮空氣量為14241.6 m3。

雜用壓縮空氣量按實(shí)際消耗的5％計(jì)算，則在試驗(yàn)階段內(nèi)消耗的壓縮空氣總量為17221.68 m3，噸焦耗壓縮空氣量為2.23 m3/t焦。

2.4 氮?dú)獾南?/p>

在正常生產(chǎn)時(shí)，氮?dú)庀闹饕腥缦聨讉€(gè)部位：風(fēng)機(jī)軸封及儀表用氮?dú)?(除塵用氮?dú)鉃橹苯訌膬x表氮?dú)馍戏种Ф鴣?，其余部位的氮?dú)庠谡Ｉa(chǎn)時(shí)雖然可以使用，但用增加空氣導(dǎo)入量來控制循環(huán)氣體的成分，不消耗氮?dú)狻?/p>

風(fēng)機(jī)軸封與儀表用氮?dú)饩鶠?DN50的管道，壓力為0.4～0.6 M Pa，按流速20 m/s計(jì)算，則其流量為141.3 m3/h，故風(fēng)機(jī)軸封與儀表用氮?dú)庠谠囼?yàn)階段內(nèi)消耗的氮?dú)饬繛?0173.6 m3，則噸焦耗氮?dú)饬繛?.31 m3/t焦。

3 分析與比較

3.1 與濕法熄焦用水消耗的比較

濕法熄焦的水的消耗量為0.4 m3/t焦[2]。在上述計(jì)算中，循環(huán)水雖然有0.216 m3/t焦的使用量，但因?yàn)檠h(huán)水可循環(huán)使用，基本在本系統(tǒng)中沒用實(shí)際的消耗。地表水的使用量為0.23 m3/t焦，該水量大部分排到外排水溝中，可再制成中水進(jìn)行二次使用，僅有一小部分蒸發(fā)，按10％的蒸發(fā)量才為0.023 m3/t焦，僅為濕法熄焦水消耗量的5％。

3.2 與濕法熄焦用電消耗的比較

濕法熄焦較干熄焦相比，除熄焦車本身用電外，僅有兩臺(tái)配90 k W的消火泵。在相同條件下，濕法熄焦耗電為1.1(k W·h)/t焦，干熄焦耗電為5.36(kW ·h)/t焦，干熄焦的噸焦耗電為濕熄焦的4.87倍。

3.3 與濕法熄焦用壓縮空氣、氮?dú)庀牡谋容^

濕法熄焦的水控制閥門為氣動(dòng)閥門，一般情況下使用壓縮空氣，氮?dú)鉃閭溆脷庠?。使用的壓縮空氣管道為DN25的管道，其壓力為0.4～0.6 M Pa，每次熄焦時(shí)使用時(shí)間約150 s，則耗壓縮空氣為435 m3(耗氮?dú)鉃榱?。濕法熄焦噸焦耗壓縮空氣量則為0.056 m3/t焦，干熄焦噸焦耗壓縮空氣量為2.23 m3/t焦，干熄焦的噸焦耗壓縮空氣是濕熄焦的39.8倍。

4 結(jié)論

1)通過上述計(jì)算與比較，可得出干熄焦系統(tǒng)在四干一濕正常生產(chǎn)時(shí)能源介質(zhì)消耗的量 (見表4)：

表4 能源介質(zhì)消耗量

干熄焦系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)濕法熄焦，節(jié)約了大量的水與水處理的工作量，同時(shí)也消耗了較多的電力、壓縮空氣與氮?dú)狻?/p>

2)根據(jù)計(jì)算過程，可以推論：在干熄率提高后，干熄焦的噸焦耗水、電、壓縮空氣、氮?dú)鈱⒂幸欢ǖ南陆怠?/p>

4 參考文獻(xiàn)

[1]潘立慧，魏松波.干熄焦技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2005：244.

[2]姚昭章.煉焦學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，1983：136.

EFFECT OF COLD-ROLLED PROCESS PARAM ETERS ON DEEP-DRAW ING PERFORmANCE OFM I CRO-CARBON STEEL

Chen Jin L iu Zhanying (Hebei Polytechnic University)

Through the rolling and performance test，W e has been effect of co ld-ro lledmicro-carbon steel rolling param eters and annealing temperature on deep-draw ing p roperties，ro lling texture was detected by X-ray diffraction and analyzed a quantitative ofODF，valuewas consistentw ith texture analysis，whichwasp rovided for the developm entofm icro-cold -ro lled carbon steel rolling and annealing p rocess param eters.

micro-carbon steel deep-draw ing p roperties-p lastic strain ratio texture

＊＊本課題得到國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北大學(xué))開放課題資助，編號(hào)2009004

聯(lián)系人：劉戰(zhàn)英，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，河北.唐山(063009)，河北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院；

2009—10—23