馮躍平，胡洪林，馬孝娟，盧鵬程

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司制造管理部）

1 前言

八鋼在2016年成功開發(fā)汽車結(jié)構(gòu)用鋼B280VK罩退產(chǎn)品以來，冷軋已累積生產(chǎn)該產(chǎn)品約3000t，用戶反饋使用情況較好，由于產(chǎn)品的斷后延伸率要求較高，八鋼產(chǎn)品的性能合格率徘徊在85%左右，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，合同交付率低。針對這種情況對影響B(tài)280VK罩退產(chǎn)品的關(guān)鍵工序冷軋罩式退火工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

2 B280VK性能要求與退火工藝

產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求與退火工藝見表1和表2。

表1 B280VK罩退退火工藝

表2 B280VK產(chǎn)品拉伸試驗性能標(biāo)準(zhǔn)要求

3 B280VK性能不合原因分析

表3 問題鋼卷的性能

B280VK斷后延伸率要求較高，在保證抗拉強度的前提下，斷后延伸率的冗余空間較小，產(chǎn)品的性能合格率約為85%，產(chǎn)品性能不合格表現(xiàn)為斷后延伸率在29%以下（見表3）。表3中性能不合鋼卷是在同一罩式爐內(nèi)同時進(jìn)行的退火。

通過調(diào)取罩式退火爐的退火實時曲線（圖1），并與典型合格的B280VK（L51704060050代表卷厚度1.8mm，屈服強度324MPa，抗拉強度464MPa，斷后伸長率34.5%）的退火曲線（圖2）進(jìn)行對比。通過比較合格鋼卷和問題鋼卷退火曲線，可以看出合格鋼卷與問題鋼卷的保溫溫度一樣，保溫時間均為8個小時。但兩者的加熱速度明顯不同，合格卷加熱時間9小時，250℃以上加熱速度為41℃/h，不合格卷加熱時間為10小時（250℃以上時發(fā)生4次煤氣壓力低暫停加熱，再次啟動加熱時速度為100℃/h）。通過合格鋼卷和問題鋼卷的金相照片（圖3、4）對比可以得到印證，前者晶粒均勻滲碳體較小，后者晶界不清晰且滲碳體粗大，符合快速加熱造成組織不均勻的特征。

圖1 問題鋼卷退火曲線

圖2 合格鋼卷退火曲線

圖3 問題鋼卷金相照片

圖4 合格鋼卷金相照片

4 退火工藝優(yōu)化試驗及討論

4.1 退火工藝對比優(yōu)化試驗

通過對性能不合格的B280VK產(chǎn)品的工藝進(jìn)行分析，認(rèn)為在其他參數(shù)不變的情況下，罩式退火加熱速度是影響產(chǎn)品退火后性能的主要因素。結(jié)合再結(jié)晶結(jié)束后組織不均勻，晶界不規(guī)則，不是餅形晶粒，需要通過后續(xù)的升溫、保溫和冷卻等過程使得成品組織均勻為餅形晶粒。成品試樣由餅形晶粒組成，隨著加熱速度的增加餅形晶粒更加均勻，對于低碳鋼，加熱速度為40℃／h時的晶粒均勻性最好，為了摸索最佳的加熱速度，結(jié)合現(xiàn)場罩式退火爐的實際生產(chǎn)工藝，進(jìn)行了4種退火工藝進(jìn)行對比試驗（表4）。

表4 4種退火工藝試驗結(jié)果

圖5 B280VK不同退火工藝下的組織

試驗結(jié)果表明：

（1）采用工藝1生產(chǎn)的低合金結(jié)構(gòu)用冷軋鋼帶B280VK，力學(xué)性能表現(xiàn)為強度高，變形性能差。退火后鋼帶金相組織處于完全再結(jié)晶狀態(tài)，主要表現(xiàn)在晶粒已明顯長大，存在二次再結(jié)晶；同時，晶粒的晶界清晰，晶界處滲碳體析出較多（見圖5（a））。工藝1鋼材的延伸率沒有達(dá)到設(shè)計要求。

（2）采用工藝2生產(chǎn)的鋼帶力學(xué)性能強度較工藝1的有所下降，變形性能有所上升。退火后鋼帶金相組織已處于完全再結(jié)晶狀態(tài)，鋼的晶粒度開始長大；晶界清晰，晶界處滲碳體析出較多，晶粒開始長大（見圖5（b））。工藝2鋼材的延伸率達(dá)到設(shè)計要求。

（3）采用工藝3生產(chǎn)的鋼帶力學(xué)性能達(dá)到設(shè)計的要求，主要表現(xiàn)為強度高，變形性能適中。退火后鋼帶金相組織處于完全再結(jié)晶狀態(tài)，主要表現(xiàn)在鋼的晶粒細(xì)化，部分晶粒開始長大；晶界清晰，晶界處滲碳體已開始析出，但數(shù)量不多（見圖5（c）），晶粒和晶界的析出物共同支撐了鋼的強度，又保證了鋼的塑性。

（4）采用工藝4生產(chǎn)鋼帶的再結(jié)晶未完全，只有一部分晶粒長大（見圖5（d）），鋼的加工硬化明顯，變形抗力大。此退火工藝不可行。

4.2 優(yōu)化的退火工藝分析

B280VK試樣在400℃～520℃，試樣的硬度值基本不變，這時處于回復(fù)狀態(tài)。從520℃開始，隨著溫度的升高，變形大的地方在晶界出現(xiàn)了細(xì)小等軸的再結(jié)晶顆粒，硬度值急劇下降，至540℃時硬度達(dá)到最低值。540℃以上，隨著溫度的升高，組織中不存在冷軋晶粒，已經(jīng)全部是再結(jié)晶晶粒，此時試樣硬度值變化不大[1]。

因為變形晶粒儲存能不同，儲存能高的變形晶粒優(yōu)先發(fā)生再結(jié)晶，而再結(jié)晶的驅(qū)動力就是畸變能，畸變能主要以位錯的形式儲存起來，而位錯大量存在于晶界和亞晶界處。根據(jù)再結(jié)晶過程也遵循能量降低的原則，因此可看出再結(jié)晶后產(chǎn)生的大角度晶界要比退火前冷軋組織中的小角度晶界更穩(wěn)定。退火過程中由于具有高變形能的晶粒從外界環(huán)境中吸收能量而使晶粒的取向發(fā)生變化，在晶粒取向發(fā)生變化的過程中，互為小角度晶界晶粒取向更容易轉(zhuǎn)變成取向一致的晶粒，因此再結(jié)晶退火過程中具有小角度晶界的相鄰晶?；騺喚Ы鐑?yōu)先轉(zhuǎn)變，在取向變化的過程中，當(dāng)取向一致的時候，就合并成了相同取向晶粒而形成新的再結(jié)晶晶粒，當(dāng)轉(zhuǎn)變進(jìn)行到一定程度的時候，小角度晶界逐漸消失，轉(zhuǎn)變后形成新的大角度晶界的晶粒，這些互為大角度晶界的晶粒想要合并成取向一致的晶粒則相當(dāng)困難，因此再結(jié)晶完成后晶粒長大到一定尺寸后，就不會有太大變化[2]。

在530℃時試樣處于再結(jié)晶階段，由于不同的加熱速度，有的試樣已經(jīng)先于530℃發(fā)生再結(jié)晶，高的加熱速度有助于再結(jié)晶過程的提前?？焖俚募訜崴俣扔欣诮M織保留更多的形變儲能，使再結(jié)晶過程很快結(jié)束。不同加熱速度下再結(jié)晶結(jié)束時的顯微組織照片?？梢钥闯?，再結(jié)晶結(jié)束后組織不均勻，晶界不規(guī)則，不是餅形晶粒，需要通過后續(xù)的升溫、保溫和冷卻等過程使得成品組織均勻為餅形晶粒。成品試樣由餅形晶粒組成，隨著加熱速度的增加餅形晶粒更加均勻，加熱速度為35℃/h時的晶粒均勻性最好（圖6），存在許多餅形晶粒，當(dāng)加熱速度達(dá)到45℃/h時，組織明顯變得不規(guī)則，出現(xiàn)許多小晶粒（圖7）。說明過快的加熱速度對組織均勻性不利[3]。

過快的加熱速度則使大部分晶粒發(fā)生再結(jié)晶，不會出現(xiàn)擇優(yōu)形核和長大，晶粒度相似不會產(chǎn)生大晶粒吞噬小晶粒的現(xiàn)象而形成均勻組織，故組織表現(xiàn)為較混亂的晶粒形態(tài)。

圖6 加熱速度35℃／h的組織

圖7 加熱速度45℃／h的組織

4.3 退火工藝參數(shù)的確定

考慮到理論與實際的差異以及采用此理論加熱速度為40℃/h時仍然存在部分性能不合格的現(xiàn)象，B280VK產(chǎn)品的加熱速度為35℃/h效果較好。另外，為保證表面質(zhì)量需要在420℃做保溫平臺進(jìn)行吹掃，因此最終優(yōu)化的退火工藝是：加熱時間10小時，420℃做保溫平臺進(jìn)行吹掃，420℃以上加熱速度為35℃/h。

對退火工藝整體優(yōu)化后應(yīng)用于1.5mm以下薄規(guī)格優(yōu)化效果較好，由于厚規(guī)格產(chǎn)品延伸要求高，因此對1.5mm以上厚規(guī)格的退火工藝進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化試驗（表5）。

保溫時間的延長有利于晶粒均勻化和長大，產(chǎn)品的屈服和抗拉強度下降和延伸率的提高，當(dāng)保溫時間在9.5小時時，產(chǎn)品的屈服強度和延伸率處于較佳的水平，隨著保溫時間的進(jìn)一步延長，產(chǎn)品的屈服下降到合格點附近，抗拉強度下降到合格點之下。因此對1.5mm以上厚規(guī)格產(chǎn)品最佳的保溫時間確定為9.5小時。

表5 各爐次夾雜物的數(shù)量及尺寸分布

5 退火工藝優(yōu)化后的效果與分析

退火工藝優(yōu)化后合計生產(chǎn)B280VK產(chǎn)品1200t，產(chǎn)品的性能合格率達(dá)到95%。

通過優(yōu)化B280VK冷軋板的罩式退火工藝參數(shù)后，產(chǎn)品的力學(xué)性能達(dá)到設(shè)計要求。B280VK冷軋板的屈服強度基本穩(wěn)定在280～360MPa，抗拉強度基本穩(wěn)定在440～490MPa，斷后延伸率基本穩(wěn)定在28%～38%，控制能力得到大幅度的提高（圖8），產(chǎn)品主要性能指標(biāo)得到穩(wěn)定。產(chǎn)品的加工性能可以滿足汽車結(jié)構(gòu)鋼B280VK的沖壓要求。

圖8 B280VK過程能力分析

6 結(jié)束語

（1）冷軋汽車結(jié)構(gòu)鋼B280VK的力學(xué)性能對罩式退火爐的加熱速度變化較為敏感，加熱速度控制不當(dāng)會造成性能不合格。

（2）加熱速度較慢時，晶粒已明顯長大，存在二次再結(jié)晶；加熱速度較快對組織均勻性不利，過快的加熱速度則使大部分晶粒發(fā)生再結(jié)晶，不會出現(xiàn)擇優(yōu)形核和長大，故組織表現(xiàn)為較混亂的晶粒；加熱速度在35℃/h效果較好。

（3）在加熱速度和溫度一定時，合理控制保溫時間有利于晶粒的均勻和長大，1.5mm以上厚規(guī)格保溫時間在9.5h時產(chǎn)品的力學(xué)性能達(dá)到較優(yōu)的水平。

（4）八鋼冷軋通過對罩式退火爐的加熱速度和保溫時間的參數(shù)優(yōu)化，產(chǎn)品的性能得到穩(wěn)定的控制。

[1] 董苑華，陸長春，樊雷.低合金結(jié)構(gòu)用冷軋鋼帶L280VK的退火工藝及優(yōu)化[J]。柳鋼科技，2015，（4）：35．

[2] 馬勝梅，冷軋板退火組織和織構(gòu)的研究[J]。包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015,16（4）：27.

[3] 孫開宇,金自力,任慧平,鞠芳,劉新華,瞿偉.再結(jié)晶階段加熱速度對低碳冷軋板罩式退火過程組織和織構(gòu)的影響[J]。鋼鐵研究學(xué)報，2014，26（6）：46.