供稿|康華偉 /

內容導讀

冷軋罩式退火屬于再結晶退火工藝，退火工藝參數(shù)的變化對再結晶織構的演變和消除冷變形造成的晶體缺陷起著關鍵的作用，直接影響最終組織、綜合力學性能以及焊接性能。本文研究了不同罩式退火生產工藝對340 MPa級的冷軋低合金高強鋼性能和組織的影響，通過分析單片試樣的退火性能為整個鋼卷的罩式退火工業(yè)化生產提供參考依據(jù)。優(yōu)化并確定了HC340LA工業(yè)生產的罩式退火工藝參數(shù)，工業(yè)試制的整卷HC340LA屈服強度達352 MPa以上，抗拉強度達431 MPa以上，延伸率A50達31%以上，得到了汽車生產廠商的認可與推廣應用。

目前國內大部分鋼鐵廠采用連續(xù)退火線生產340 MPa級的冷軋低合金高強鋼，但是冷軋后采用罩式退火工藝進行生產的較少。本文重點研究不同罩式退火生產工藝對340 MPa級的冷軋低合金高強鋼性能和組織的影響，通過分析單片試樣的退火性能為整個鋼卷的罩式退火工業(yè)化生產提供參考依據(jù)。

冷軋罩式退火屬于再結晶退火工藝，退火過程中組織變化包括回復、再結晶和晶粒長大三個過程，為了得到較好的綜合力學性能，探索合適的退火工藝顯得尤其重要。罩式退火工藝參數(shù)變化對再結晶織構的演變和消除冷變形造成的晶體缺陷起著關鍵的作用，直接影響最終的組織以及成型焊接性能。

實驗方法

實驗材料

實驗采用的HC340LA主要化學成分見表1。

選取同一爐中具有代表性的三支HC340LA連鑄坯，熱軋至厚度分別為3.5、3.75、4.0 mm，酸洗后冷軋至1.0、1.5、1.8 mm，冷軋總壓下率分別為71.4%、60%、55%。冷軋后的冷硬卷力學性能見表2。

冷軋后的冷硬卷金相組織見圖1。從圖中可看出，冷硬態(tài)的金相都是纖維狀組織，說明冷軋軋制充分，晶粒全部破碎。

表1 HC340LA的化學成分(質量分數(shù)，%)

表2 HC340LA冷硬卷的力學性能

實驗方案

通過截取單片冷硬卷試樣，放置在罩式退火爐中隨卷退火，退火后進行拉伸實驗與金相組織觀察。對比不同冷軋壓下率、不同厚度規(guī)格的HC340LA在采取不同的罩式退火工藝后的力學性能與金相組織。

具體方案：對冷軋厚度為1.0、1.5和1.8 mm的HC340LA冷硬鋼卷，在每支鋼卷的中間部位各取4塊試樣，試樣尺寸為400 mm×150 mm×冷軋板厚，將每組試樣(3個不同厚度)分別放置在4個罩式退火爐的對流板上，分別采取工藝1～工藝4進行工業(yè)化實驗，退火工藝參數(shù)見表3。

圖1 不同厚度的冷軋HC340LA冷硬卷的金相組織：(a) 1.0 mm；(b) 1.5 mm；(c) 1.8 mm

表3 HC340LA的4種罩式退火工藝方案工藝參數(shù)對比

結果分析

不同厚度規(guī)格下的HC340LA試樣分別進行4種不同罩式退火工藝方案實驗，并對HC340LA試樣進行拉伸測試，其力學性能見表4。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)，對不同罩式退火工藝方案下的試樣力學性能與厚度規(guī)格間的關系繪制成折線圖，如圖2所示。

從圖2(a)與(b)可以看出，隨著厚度的減薄，即冷軋總壓下率的增加，屈服強度呈上升趨勢。冷軋壓下量對再結晶的開始時間和持續(xù)時間都影響較大，隨著壓下量的增加，再結晶開始時間提前，持續(xù)時間變短[1]。因為隨著冷軋壓下率的增大，晶粒拉長使晶界面增加、晶格畸變程度增大，變形晶格間儲存的能量增大，晶格間及晶界上的變形缺陷增多，而再結晶退火時，晶粒首先在晶界缺陷和晶格畸變點處形核，從而使形核點增多，因而在相同的退火工藝條件下，冷軋壓下率越大，其晶粒尺寸越小，由Hall-Petch公式得出其強度值也越大。同時通過對退火工藝1～工藝4的對比，隨著退火溫度的升高或保溫時間的延長，相同厚度規(guī)格鋼的晶粒尺寸明顯增大，原因主要是隨著溫度升高，晶粒長大速率增大，從而導致強度下降。。

表4 不同罩式退火工藝方案HC340LA退火卷的力學性能

圖2 不同罩式退火工藝方案下HC340LA退火卷的力學性能

從圖2(c)可以看出，隨著厚度的減薄，即冷軋總壓下率的增加，延伸率呈下降趨勢。分析造成延伸率下降的主要影響因素有：一是軋制壓下率增大，晶格扭曲變形大，在退火時形核點增多，晶粒尺寸小，C、N原子擴散運動距離小，碳化物和AlN顆粒長大容易；二是隨著規(guī)格的減薄，同樣大小的碳化物和AlN顆粒對薄規(guī)格基體的隔斷更加顯著，更容易在表面形成裂紋缺陷，所以整體延伸率偏小。另外，在退火升溫階段，由于鋼中碳原子的活躍運動和在鐵素體的溶解度增大，使碳化物處于溶解狀態(tài)，加熱溫度越高，碳化物溶解越多，當退火溫度低于A3點時，碳化物顆粒得不到溶解，形成未溶“孤島”[2]；在退火冷卻階段，碳原子在鐵素體中的溶解度降低，碳原子的運動，使碳化物進一步長大且易呈網(wǎng)狀，從而影響了集體的塑性，導致延伸率降低。

工業(yè)試制

根據(jù)罩式退火試制的單片試樣性能確定HC340LA整卷工業(yè)試制的罩式退火工藝。由于單片試樣是放置在罩式退火爐內鋼卷間的對流板間隙處，此區(qū)域的加熱與冷卻傳導速度均最快，相對大鋼卷而言，相當于加熱段升溫時間短，保溫時間長。因此，HC340LA整卷工業(yè)試制的罩式退火工藝優(yōu)化為：(1)加熱保溫時間仍為680 ℃，通過實驗得出此溫度下已完成了再結晶；(2)保溫時間除正常8 h的保溫段外，再增設了一個帶加熱罩緩慢冷卻的1.5 h時間段，此時間段不僅增加了在高溫段的停留時間，有助于粗細晶粒的進一步均勻化，而且此溫度段的緩冷也有助于帶鋼內應力的有效釋放，對退火后帶鋼的板形質量有良好的提升效果[3]。HC340LA工業(yè)試制的罩式退火工藝見表5。

通過進行三個不同厚度規(guī)格下的HC340LA鋼卷罩式退火工業(yè)試制，退火后鋼卷的力學性能見表6。

罩式退火后的退火卷金相組織見圖3。從圖中可以看出，退火態(tài)的金相組織晶粒都呈等軸晶狀，說明退火過程已完全再結晶，相組成為鐵素體和極少量彌散分布的細小珠光體，晶粒度約為10級左右。

結束語

通過HC340LA冷軋低合金高強鋼的單片試樣罩式退火工藝實驗，摸索出了HC340LA的罩式退火工藝窗口，同時結合單片試樣與整支鋼卷在罩式退火爐內的特點，優(yōu)化制定了HC340LA工業(yè)生產的罩式退火工藝。工業(yè)試制整卷HC340LA的力學性能測試表明，HC340LA的屈服強度達到352 MPa以上，抗拉強度達到431 MPa以上，延伸率A50達到31%以上，各項力學性能指標達到標準要求且有較大富余量，得到了汽車生產廠商的認可和推廣應用，可有效促進冷軋產品的結構調整。

表5 HC340LA整卷工業(yè)試制的罩式退火工藝

表6 工業(yè)試制的HC340LA退火卷的力學性能

圖3 工業(yè)試制的HC340LA冷硬卷的金相組織：(a) 1.0 mm；(b) 1.5 mm；(c) 1.8 mm

【光的魅力】陳躍先 攝