艾兵權(quán), 侯明山, 李興華, 王玉慧, 逯志強(qiáng), 趙 光, 張靖雨

(唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司, 唐山 063000)

DC01鋼作為一種典型的冷軋低碳鋼，因其良好的焊接、冷成形及機(jī)械加工性能，被廣泛用于汽車、家電等行業(yè)。熱軋工藝可以控制鋼中第二相完全均勻固溶，其工藝制度的好壞對冷軋薄板組織與性能的影響很大，其中，終軋溫度和卷取溫度是最主要的影響因素。低碳深沖鋼主要實行三高一低的熱軋制度，即高溫加熱、高溫開軋、高溫終軋和低溫卷取，目的是讓AlN在高溫時固溶，在快速低溫卷取中避免析出，而在冷軋后退火時緩慢析出[1]。目前，部分冷軋廠采取以高質(zhì)量產(chǎn)品代替低質(zhì)量產(chǎn)品的供貨方式來搶占市場，這不僅增加了企業(yè)的運(yùn)行成本，還對DC01鋼產(chǎn)品的成形性能提出了更高要求[2]。

筆者采用力學(xué)性能測試、金相檢驗和成形試驗，分析了熱軋工藝中的卷取溫度對冷軋DC01鋼板顯微組織和成形性能的影響，以期為該類鋼板的應(yīng)用與發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為DC01鋼，其化學(xué)成分見表1。常規(guī)DC01鋼板的生產(chǎn)工藝流程為高爐→轉(zhuǎn)爐→連鑄→熱連軋→冷連軋→退火，最終產(chǎn)品的厚度為1 mm。

表1 DC01鋼的化學(xué)成分

1.2 試驗方法

熱軋工藝、酸洗后軋制壓下率及冷軋工藝參數(shù)如表2所示。在冷軋DC01鋼板上沿與軋制方向成0°，45°，90°等3個方向分別取樣。經(jīng)罩式退火處理后的DC01鋼板(簡稱罩退DC01鋼板)作為對比試樣。采用Zwick-Roell/Z100型拉伸機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試。采用OLYMPUS-PMG3型光學(xué)顯微鏡，對試樣的顯微組織進(jìn)行觀察。成形試驗采用145-60-ERICHSEN型板材成形試驗機(jī)，包括沖杯試驗、脹高試驗和錐杯試驗。沖杯試驗評價指標(biāo)為最大成形力條件下的沖杯高度，該值與塑性應(yīng)變比密切相關(guān)。脹高試驗用于評價材料的脹形性能，評價指標(biāo)為脹形高度，主要受加工硬化指數(shù)影響。錐杯試驗可用于評價金屬板材拉深和脹形兩種成形性能，評價指標(biāo)選用相對錐杯值，以避免對數(shù)據(jù)離散度的影響，該值與加工硬化指數(shù)、塑性應(yīng)變比密切相關(guān)。

表2 DC01鋼板的熱軋工藝、酸洗后軋制及冷軋工藝參數(shù)

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 卷取溫度對試樣力學(xué)性能的影響

由表3可見：隨卷取溫度的升高，兩種DC01鋼板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均呈下降趨勢，下降幅度在20～30 MPa，斷面收縮率A80上升約2%，塑性應(yīng)變比r提升約0.4，加工硬化指數(shù)n變化不大；在730 ℃卷取溫度條件下，冷軋DC01鋼板的大部分力學(xué)性能都比罩退DC01鋼板好，這表明在該卷取溫度下，冷軋DC01鋼板的脹形性能、翻邊性能和彎曲性能較好，同時具有一定的拉深性能和抗起皺性能，拉深沖杯過程中，拉深件的制耳高度較小[3]。

表3 冷軋DC01鋼板和罩退DC01鋼板的力學(xué)性能

2.2 卷取溫度對試樣顯微組織的影響

由圖1可見：DC01鋼板熱軋和冷軋后的組織均為鐵素體+少量珠光體；在相同卷取溫度下，與DC01鋼板熱軋組織相比，DC01鋼板冷軋組織較細(xì)??；依據(jù)GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測定法》標(biāo)準(zhǔn)，對不同卷取溫度下DC01鋼板熱軋組織的晶粒度進(jìn)行評級，結(jié)果均為8.5級，表明在680～710 ℃卷取溫度條件下，熱軋DC01鋼板均已完成再結(jié)晶過程，僅部分碳元素的固溶程度和AlN的析出程度不同[4]；對比不同卷取溫度下DC01鋼板的冷軋組織，卷取溫度為680 ℃時，DC01鋼板冷軋組織晶粒尺寸較細(xì)小，晶粒度評級為10.0 級；710 ℃和730 ℃卷取溫度條件下DC01鋼板冷軋組織的晶粒尺寸差別不大，晶粒度評級均為9.0級，這與罩退DC01鋼板晶粒度評級相等，僅在珠光體分布形態(tài)上存在差異，分析主要是因為在較高的卷取溫度下，珠光體轉(zhuǎn)變充分，DC01鋼板冷軋組織中少量偏聚的珠光體形成于熱軋工藝階段[5-6]。另外，高卷取溫度下，AlN充分析出，珠光體轉(zhuǎn)變充分使得鐵素體基體純凈度大大提升，在后續(xù)退火過程中再結(jié)晶晶粒長大阻力減小。退火工藝具有加熱速率快、均熱時間短的特點，這使得再結(jié)晶過程比AlN析出優(yōu)先發(fā)生，有利于γ纖維織構(gòu)(〈111〉‖法向ND)的形成，材料的塑性應(yīng)變比r大幅提高，從而改善材料的沖壓成形性能[4-6]。

圖1 不同卷取溫度下熱軋及冷軋后DC01鋼板及罩退DC01鋼板的顯微組織

2.3 卷取溫度對試樣沖壓成形性能的影響

由圖2可見：隨卷取溫度的升高，冷軋DC01鋼板的沖杯高度H、相對錐杯值η逐漸增大，脹形高度h先增大后減小；在卷取溫度為730 ℃時，冷軋DC01鋼板的相對錐杯值和脹形高度與罩退DC01鋼板的相當(dāng)，其沖杯高度達(dá)到了罩退DC01沖杯高度的86%，這與高溫卷取條件下鐵素體基體純凈度更高、退火過程中再結(jié)晶晶粒長大阻力更小、更利于形成γ纖維織構(gòu)密切相關(guān)[5-6]。γ纖維織構(gòu)越多，塑性應(yīng)變比r越大，在沖壓成形過程，材料越容易在寬度方向上發(fā)生變形，厚度方向上越不容易發(fā)生變形或減薄。綜上所述，高卷取溫度條件下，冷軋DC01鋼板具有優(yōu)良的沖壓成形性能。

3 結(jié)論

(1) 隨卷取溫度的升高，冷軋DC01鋼板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均呈不同程度下降趨勢，下降幅度在20～30 MPa，斷面收縮率A80提升約2%，最高可達(dá)41.5，塑性應(yīng)變比r提升約0.4，最高可達(dá)2.05，加工硬化指數(shù)n變化不大。冷軋DC01鋼板的綜合成形性能與罩退DC01鋼板的相當(dāng)。

(2) 在730 ℃高溫卷取條件下，DC01鋼板的熱軋組織和冷軋組織均為鐵素體+少量珠光體，冷軋過程中再結(jié)晶阻力較小，有利于γ纖維織構(gòu)的形成，使材料的塑性應(yīng)變比r大幅提高，從而改善材料的沖壓成形性能。

(3) 在730 ℃高溫卷取條件下，冷軋DC01鋼板的相對錐杯值和脹形高度與罩退DC01鋼板的相當(dāng)，其沖杯高度達(dá)到了罩退DC01鋼板沖杯高度的86%，表明綜合成形性能良好。