張向英，田亞強(qiáng)，馬遠(yuǎn)國(guó)，居建剛

(1.河北聯(lián)合大學(xué)河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山 063009;2.寶生鋼鐵制品有限公司，河北廊坊 065300)

SPCC材質(zhì)的冷軋罩式退火板多用于生產(chǎn)防盜門門板、搪瓷制品、桶身、桶蓋、電飯煲、散熱器等沖壓件，目前主要問(wèn)題是成品力學(xué)性能不好，而冷軋薄板的力學(xué)性能是直接影響成形性的因素［1－2］，導(dǎo)致下游用戶加工過(guò)程中存在沖壓裂或起皺現(xiàn)象。

本文從熱軋?jiān)匣瘜W(xué)成分、冷軋累積壓下率和退火工藝及精整方式等四個(gè)方面分析其對(duì)冷軋板力學(xué)性能的影響規(guī)律，為SPCC材質(zhì)的冷軋罩式退火板生產(chǎn)過(guò)程控制及工藝參數(shù)優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料為來(lái)自某鋼廠的SPHC材質(zhì)的熱軋板，其化學(xué)成分為:C≤0.07%，Si≤0.035%，Mn≤0.03%，P≤0.025%，S≤0.02%，Als≥0.015%。力學(xué)性能試驗(yàn)在CMT5105拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)采用非比例試樣，L0=50 mm，拉伸速度為2 mm/min。

2 影響冷軋板力學(xué)性能的因素分析及討論

2.1 熱軋?jiān)嫌绊?/h3>

AlS含量變化對(duì)冷軋板力學(xué)性能的影響規(guī)律如表1所示。由表1可知:隨著Als的增加，冷軋板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，屈強(qiáng)比略微升高，而延伸率也呈逐漸增大趨勢(shì)，但變化不明顯。因此，適當(dāng)提高鋁含量，有利于降低冷軋板的屈服強(qiáng)度［3］。

表1 Als含量對(duì)冷軋板力學(xué)性能的影響

眾所周知，SPHC與SPHD冷軋料的化學(xué)成分中，除SPHC冷軋料中碳元素含量大于SPHD冷軋料中碳元素含量以外，其他合金元素含量無(wú)太大差異。因此，在相同的退火工藝經(jīng)平整拉矯之后，0.6mm×1000mm規(guī)格的SPCC與SPCD冷軋板的力學(xué)性能如圖1所示。由圖1中a)可知，SPCD冷軋板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比SPCC的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都小，而由圖1中b)可知，SPCD冷軋料的延伸率比SPCC的延伸率大，SPCD的屈強(qiáng)比比SPCC的屈強(qiáng)比小。由此可以得出:隨著碳元素含量的增加，冷軋料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比都呈增大趨勢(shì)，而延伸率則呈降低趨勢(shì)。

圖1 0.6 mm×1000 mm SPCC與SPCD經(jīng)退火平整拉矯之后的力學(xué)性能

2.2 冷軋累積壓下率的影響

冷軋累積壓下率對(duì)冷軋成品的力學(xué)性能影響如圖2所示。由圖2中a)可知，壓下率由70%到85%變化時(shí)，冷軋板的屈服強(qiáng)度在220.5～235 MPa之間波動(dòng)，而抗拉強(qiáng)度在338.5～360 MPa之間波動(dòng)，即冷軋總壓下率對(duì)冷軋成品板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯影響，但是冷軋累積壓下率為75% ～78%時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相對(duì)較小。由圖2中b)可知，隨著冷軋累積壓下率的增加，延伸率呈先逐漸增加后降低趨勢(shì)，至冷軋累積壓下率為77%時(shí)，延伸率達(dá)到最大值;而冷軋累積壓下率對(duì)屈強(qiáng)比的影響無(wú)明顯的規(guī)律，屈強(qiáng)比的值時(shí)高時(shí)低，當(dāng)累積壓下率為75～78%和82～85%時(shí)，屈強(qiáng)比在0.65左右波動(dòng)。

究其原因，對(duì)于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，冷軋累積壓下率對(duì)常規(guī)力學(xué)性能(Rel、Rm和A)無(wú)明顯影響［4-5］。在罩式退火條件下，隨著冷軋累積壓下率的增加，退火成品板的Rel和Rm值有降低的趨勢(shì)，但變化不大;延伸率的變化不明顯;當(dāng)冷軋累積壓下率為75%時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度最低，延伸率最高，綜合指標(biāo)相對(duì)較好［6］。綜上所述，冷軋累積壓下率對(duì)冷軋罩退板平整后的力學(xué)性能影響無(wú)明顯的變化規(guī)律，但冷軋累積壓下率為77%左右時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相對(duì)較小，延伸率和屈強(qiáng)比相對(duì)比較好。

圖2 不同的冷軋累積壓下率經(jīng)退火平整和拉矯后的力學(xué)性能

2.3 退火工藝的影響

2.3.1 退火溫度的影響

0.8mm×1000 mm的SPCC鋼卷采取不同的退火溫度單臺(tái)階退火(460℃，3 h保溫)保溫13 h退火，平整拉矯后的力學(xué)性能如圖3所示。由圖3可知，隨著退火溫度的升高，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比逐漸降低，而延伸率逐漸升高。當(dāng)退火溫度達(dá)到630℃時(shí)，屈服強(qiáng)度可達(dá)到235 MPa，延伸率為38%，而屈強(qiáng)比為0.676;當(dāng)退火溫度升至650℃時(shí)，屈服強(qiáng)度可達(dá)到208 MPa，延伸率為41%，而屈強(qiáng)比為0.636。

研究結(jié)果表明，采取630℃的退火溫度單臺(tái)階退火(460℃，3 h保溫)保溫13 h其產(chǎn)品經(jīng)平整拉矯就可以滿足淺壓花門板的力學(xué)性能要求，而對(duì)于深壓花門板，如果也采取單臺(tái)階退火(460℃，3 h保溫)保溫13 h，退火溫度要達(dá)到650℃，其產(chǎn)品經(jīng)平整拉矯后力學(xué)性能最好。

圖3 溫度保溫13 h平整拉矯后的力學(xué)性能

2.3.2 保溫時(shí)間的影響

0.6mm×1000 mm的SPCC鋼卷640℃退火不同保溫時(shí)間平整拉矯后力學(xué)性能如圖4所示。由圖4可知，在640℃退火溫度時(shí)，保溫時(shí)間為13 h的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比都比保溫時(shí)間12 h的要低，延伸率則要高，而抗拉強(qiáng)度受保溫時(shí)間的影響不大。由此得出:相同的退火溫度，隨著保溫時(shí)間增加，屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比降低，延伸率升高，而抗拉強(qiáng)度變化不大。

圖4 640℃退火不同保溫時(shí)間平整拉矯后的力學(xué)性能

2.3.3 成品厚度的影響

冷軋成品的力學(xué)性能隨著厚度的不同略有差別，冷軋不同成品厚度經(jīng)退火平整拉矯后的性能如圖5所示。由圖5可知，隨著成品厚度逐漸增大，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比呈下降趨勢(shì)，而延伸率卻逐漸升高。

圖5 不同成品厚度經(jīng)退火平整和拉矯后的力學(xué)性能

2.4 精整的影響

冷軋后的鋼卷經(jīng)退火、平整以及平整后拉矯的力學(xué)性能變化如表2所示。由表2可知，退火后抗拉強(qiáng)度最低，平整后略有增大，再經(jīng)拉矯繼續(xù)增大。屈服強(qiáng)度經(jīng)平整后是最低的，退火狀態(tài)的屈服強(qiáng)度比平整后略高，但是低于拉矯后的數(shù)值。延伸率是隨著平整、平整后拉矯逐漸降低的。屈強(qiáng)比的變化趨勢(shì)與屈服強(qiáng)度的變化相同。

通過(guò)對(duì)罩式退火工藝對(duì)SPCC冷軋薄鋼板組織及性能的影響的研究表明:平整有利于提高退火板的抗拉強(qiáng)度，降低屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比［7］。通過(guò)用CSP熱軋卷生產(chǎn)的冷軋退火平整板卷的屈服強(qiáng)度問(wèn)題的研究表明:同期同規(guī)格拉矯與未拉矯SPCC的屈服強(qiáng)度相比，拉矯生產(chǎn)率為0.1%時(shí)，屈服強(qiáng)度降低12 MPa，拉矯過(guò)程中，塑性變形將導(dǎo)致加工硬化，但當(dāng)延伸率較低時(shí)，低拉矯延伸率可降低屈服強(qiáng)度［3］。

表2 退火、平整和平整后拉矯的力學(xué)性能

3 工藝優(yōu)化后結(jié)果分析

對(duì)10卷原料為3.1 mm×1010 mm，成品規(guī)格為0.77 mm×1000 mm的門板料生產(chǎn)各工序進(jìn)行如下控制:嚴(yán)格控制原料的化學(xué)成分，尤其是C和AlS的含量;控制冷軋壓下率在75% ～78%之間;退火工藝曲線如圖6所示;退火后的鋼卷采取先平整再拉矯的精整方式，其中平整時(shí)控制軋制力在260噸，前后張力分別為3.4噸和2.6噸，拉矯延伸率控制在0.4%。其產(chǎn)品力學(xué)性能結(jié)果如表3所示。

圖6 優(yōu)化后的退火工藝圖

表3 試驗(yàn)產(chǎn)品的力學(xué)性能

由表3可知，鋼卷編號(hào)為5號(hào)的產(chǎn)品力學(xué)性能屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和屈強(qiáng)比都不理想，達(dá)不到設(shè)定的工藝要求。究其原因，5號(hào)編號(hào)的鋼卷冷軋生產(chǎn)工藝與其它鋼卷生產(chǎn)工藝均相同，唯一差別在于5號(hào)編號(hào)鋼卷原料的化學(xué)成分中硅(Si)含量偏高，且屈服強(qiáng)度較其它原料高出5～16 MPa所致。

4 結(jié)論

(1)熱軋?jiān)现蠥ls增加，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度下降，屈強(qiáng)比升高，而延伸率變化不大，隨著碳含量的增加，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比都要增大，而延伸率降低;冷軋累積壓下率為77%左右時(shí)，延伸率和屈強(qiáng)比相對(duì)比較好。

(2)隨著退火溫度的升高，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比逐漸降低，而延伸率逐漸升高。相同的退火溫度，隨著保溫時(shí)間增加，屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比降低，延伸率升高，而抗拉強(qiáng)度變化不大。隨著成品厚度逐漸增大，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比呈下降趨勢(shì)，而延伸率卻逐漸升高。

(3)退火后抗拉強(qiáng)度最低，平整后略有增大，再經(jīng)拉矯繼續(xù)增大。屈服強(qiáng)度經(jīng)平整后是最低的，退火狀態(tài)的屈服強(qiáng)度比平整后略高，但是低于拉矯后的數(shù)值。延伸率是隨著平整、平整后拉矯逐漸降低的。屈強(qiáng)比的變化趨勢(shì)與屈服強(qiáng)度的變化相同。

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