溫 斌 何曉波 向 華（安陽鋼鐵集團有限責任公司）

0 前言

2019年我國的汽車產(chǎn)量達2 570 萬輛，其中新能源汽車124.2 萬輛，我國新能源汽車在經(jīng)歷了早期高速增長后供給趨于穩(wěn)定，預計在2020～2025年新能源汽車行業(yè)生產(chǎn)總量增速在30%，這將預示著對汽車板的需求量也將越大。近年來，為適應汽車減重、降低材料消耗、節(jié)約燃油和延長續(xù)航能力的需要，對汽車用鋼板性能的要求也越來越高。IF鋼也稱為無間隙原子鋼，是在超低碳鋼中加入一定量的鈦(或鈮),使鋼中的碳、氮原子被固定成碳化物、氮化物,而鋼中無間隙原子存在，因此該鋼種具有優(yōu)良的特性,即高的塑性應變比、高的應變硬化指數(shù)、高的伸長率、低的屈服強度和非時效性，在汽車工業(yè)上得到了廣泛應用。目前國內(nèi)外生產(chǎn)IF鋼最常用的工藝流程為高爐→鐵水脫硫→頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐→RH真空處理→連鑄→加熱爐→熱軋→控制冷卻→卷取→酸洗→冷軋→退火。筆者主要通過對熱軋過程工藝參數(shù)，即在爐時間、開軋溫度、終軋溫度、冷卻速度、卷取溫度等進行優(yōu)化試驗，研究了熱軋工藝對Ti-IF鋼熱軋帶鋼組織性能的影響規(guī)律。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗鋼成分

試驗用坯料為某廠生產(chǎn)的無間隙原子鋼，煉鋼工藝為鐵水脫硫→頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐→RH真空處理→連鑄，坯料厚度為230 mm。由IF鋼的性質(zhì)可知，對IF鋼有害的雜質(zhì)有C、N、夾雜物、Si、S、P等，其中最有害的元素是間隙原子C、N，同時為保證鋼的深沖性能、表面質(zhì)量以及生產(chǎn)順行，煉鋼工序需要嚴格控制成分和夾雜物，必須保證超低碳、微合金化和鋼質(zhì)的純凈。其主要化學成分見表1。

1.2 試驗方法

主要通過對比驗證的方式，對比不同在爐時間、不同終軋溫度（880 ℃、920 ℃）、不同卷取溫度（760 ℃、720 ℃、680 ℃、650 ℃）和不同冷卻模式等對Ti-IF鋼組織和性能的影響。生產(chǎn)取樣時，在鋼卷寬度方向1/4的位置取組織和性能試樣，同時取橫向、縱向、45°試樣，對比其拉伸性能。

表1 試驗用鋼化學成分 %

2 試驗結(jié)果分析

2.1 加熱工藝對組織性能的影響

加熱工藝對鋼的主要影響的因素有加熱速度、保溫溫度、保溫時間等。已有學者研究表明[1,2]較低的加熱溫度有利于析出粗大的Ti4C2S2粒子，減少細小的TiC粒子，能夠使IF鋼的屈服強度降低、工藝性能提高。但對于保溫時間對其性能的影響規(guī)律少有研究，取同爐次試驗鋼進行不同保溫時間的試驗研究，試驗鋼的加熱溫度為1 220 ℃，終軋溫度為920 ℃，卷取溫度為720 ℃，加熱保溫時間分別為130 min和220 min，力學性能數(shù)據(jù)見表2。從性能數(shù)據(jù)上看，較長的保溫時間使熱軋IF鋼的強度、屈強比增加，伸長率降低，而且屈服強度提高了28 MPa。不同保溫時間熱軋IF鋼的金相組織如圖1所示。通過對金相組織的觀察發(fā)現(xiàn)，鋼坯在長時間保溫后軋制，軋后鋼板的晶粒尺寸略大，但是晶粒度都在7級，也就是說晶粒尺寸不是影響屈服強度差別較大的原因。從成分和工藝上分析，屈服強度之所以差別較大，主要是隨著加熱時間的延長，Ti溶解得更充分，更容易在熱軋過程中彌散析出更多細小的Ti4C2S2、TiC等粒子，使熱軋IF鋼的強度升高，這對最終產(chǎn)品的深沖性能有一定的影響。

表2 保溫時間對性能影響

圖1 不同保溫時間熱軋IF鋼的金相組織

2.2 終軋溫度對組織性能的影響

對比不同終軋溫度對Ti-IF鋼性能的影響，保溫時間135 min，卷取溫度720 ℃，終軋溫度分別為920 ℃、和880 ℃，具體的力學性能數(shù)據(jù)見表3。試驗結(jié)果表明：終軋溫度為920 ℃的工藝相比終軋溫度為880 ℃的工藝來說，鋼板的屈服強度和屈強比均有提升。通過組織觀察發(fā)現(xiàn)，兩種工藝的晶粒尺寸差別較小，但是采用高溫終軋工藝生產(chǎn)的鋼的屈服強度要高于采用低溫終軋工藝生產(chǎn)的鋼的，原因是高溫終軋促使第二相粒子的析出，從而提高了鋼的強度；另外，鋼中內(nèi)部的析出物和組織的均勻性也會影響熱軋鋼板的力學性能,這種規(guī)律在其他資料[3]中也有提及。

表3 不同終軋溫度對性能影響

考慮到板帶邊部溫降，觀察了靠近板帶邊部的組織，圖2為不同終軋溫度板帶邊部金相組織，發(fā)現(xiàn)880 ℃終軋后板帶邊部組織基本都是形變鐵素體晶粒，這說明熱軋時板帶邊部已經(jīng)進入了兩相區(qū)軋制范圍，而兩相區(qū)軋制時的熱軋組織容易產(chǎn)生混晶組織。楊雪梅等人的研究認為[3,5]，熱軋后的混晶組織在退火后也不均勻，會引起塑性降低，延伸率下降，而且兩相區(qū)終軋后的熱軋板在冷軋后的織構(gòu)特征相對較差，導致r值減小，所以應避免在兩相區(qū)軋制。結(jié)合生產(chǎn)實際得出，終軋溫度控制在920 ℃左右最為合適，這樣能更容易得到深沖性能優(yōu)異的Ti-IF鋼。

圖2 不同終軋溫度板帶邊部金相組織

2.3 卷取溫度對組織性能的影響

對比不同卷取溫度對Ti-IF鋼性能的影響，保溫時間140 min，終軋溫度920 ℃，卷取溫度分別為760 ℃、720 ℃、580 ℃和650 ℃ 。力學性能數(shù)據(jù)見表4。隨著卷取溫度的提高，屈服強度、屈強比逐漸降低，卷取溫度720 ℃時的伸長率最好；顯微組織上，隨著卷取溫度的升高，平均晶粒尺寸逐漸增大，晶粒度在6.5～7.5級左右，不同終軋溫度IF鋼的顯微組織如圖3所示。屈服強度隨著卷取溫度的降低而提高的原因主要有兩點：一是隨著卷曲溫度的降低，晶粒尺寸的減小造成屈服強度的提高；二是高溫卷取有利于析出物的長大，而低溫卷取后鋼中析出的第二相粒子細小均勻，沉淀強化效果顯著，大幅度提高了屈服強度。720 ℃卷取熱軋IF鋼的伸長率最好，原因是650 ℃卷取時存在不均勻組織導致伸長率降低，而卷取溫度過高也會導致晶粒粗大，降低總伸長率。因此，卷取溫度在720 ℃左右時能夠獲得較好塑性的熱軋IF鋼。文獻資料中[4]也有敘述，為了獲得對拉延性能有利的熱軋組織，應使熱軋IF鋼的卷取溫度低于730 ℃左右為佳。

表4 不同卷取溫度對性能影響

圖3 不同終軋溫度IF鋼的金相組織

2.4 冷卻工藝對組織性能的影響

冷卻工藝直接影響鋼冷卻后的組織結(jié)構(gòu)和性能，在同批次IF鋼上做對比試驗，驗證前段冷卻和后段冷卻工藝對鋼性能和組織的影響。試驗結(jié)果表明：后段冷卻工藝略微降低了鋼的強度，提高了伸長率，同時后段冷卻工藝處理后的鋼中的較大尺寸晶粒占比較高，而前段冷卻工藝處理后的鋼的晶粒在尺寸和形狀上相對均勻，對提高r值有利[6,7]。兩種冷卻工藝冷卻后鋼的力學性能和組織照片見表5和圖4。

表5 終冷溫度對性能影響

圖4 不同終軋溫度IF鋼的金相組織

2.5 板寬1/4處各向拉伸試驗數(shù)據(jù)

為了了解Ti-IF鋼不同卷曲溫度的各向性能，在鋼帶帶寬1/4處取橫向、縱向、45°試樣，做不同方向拉伸性能對比試驗。不同工藝條件下屈服強度和抗拉強度在不同方向的性能差異如圖5所示。從對比試驗的結(jié)果看，存在的普遍規(guī)律是橫向強度高于縱向強度，值得注意的是在720 ℃卷取后鋼的屈服強度、抗拉強度在各個方向的差異最小，因此將熱軋卷取溫度控制在720 ℃左右范圍，能夠獲得性能各項異性較小的熱軋鋼帶。同時，由于冷軋鋼板具有遺傳熱軋鋼板性能的特性，所以這樣的熱軋鋼板在冷軋后更容易獲得優(yōu)異的性能。

3 結(jié)論

圖5 不同工藝條件下屈服強度和抗拉強度的各向異性

IF鋼板坯在高溫長時間加熱時能夠使鋼中的Ti（C,N）溶解得更充分，在熱軋后表現(xiàn)出更高的屈服強度和屈強比；終軋溫度和卷取溫度對IF鋼熱軋性能的影響主要與Ti（C,N）的析出有關，而晶粒尺寸對強度的影響較小，同時軋后后段冷卻強度略降、屈強比升高，成型性能變差；當終軋溫度920 ℃，卷取溫度720 ℃時，軋后鋼的屈服強度、抗拉強度在各個方向的差異最小，成型性能最好。