超低碳钢的最新进展

D0I:10.13374/i.issm1001053x.1992.02.006 北京科技大学学报 第14卷第2期 Vol.14 No.2 1992年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing March 1992 超低碳钢的最新进展 王先进·崔德理·唐荻 摘要：根据大量新资料详细阐述超低碳钢的发展，系统地总结了该钢发屁趋势和主要技术 关能，明确提出了第三代深冲用钢板的发展方向。 关键词：超低碳钢，无间隙原子钢，热镀铲钢板，烤读硬化钢板 Progress of Intersitial-free Steel for Extra-deep Drawing Wang Xianjin Cui Deli Tang Di. ABSTRACT:The paper introduces the progress of intersitial-free steel for extra-deep drawing (IF steel).Its developing trend and technology of produc- tion,its developing prospect are also discussed. KEY WORDS:super low carbon steel,intersitial free steel 继沸腾钢、铝静钢之后，无间隙原子钢(IF钢)为代表的超低碳钢是第三代冲压用钢。 三代深冲性钢的性能比较见表1。 1990年世界IF钢产量已超过700万t。IF钢迅速发展的关键在于这种钢成本降低和用 途广泛。其成本降低的原因是采取了下列7条技术措施。(1)F钢中C、N大幅度降低，大大 减少Ti、Nb的加入量；(2)治炼技术的进步，特别是底吹转炉和改进RH处理，大大缩短了 RH处理时间；(3)特别对于T处理IF钢，热轧采用低温加热降低能耗，(4)采用低温卷 取，从而避免高温卷取带来的酸洗效率和成材率下降；(5)由于IF钢具有非时效性，所以 19910812收稿 ·压力加工系(Dcpt,of Metals Forming) 144

第 14 卷第 2 期 1 9 92年 3 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e i j i n g V o l 。 1 4 N o 。 2 M a r e h 1 9 9 2 超低碳钢 的最新进展 王 先进 . 崔德理 ’ 唐 荻 . 摘 要 : 根 据大量 新资料详 细 阐述 超低碳锅 的发展 , 系统地总结 了该钢发展趋势和主要伎术 关键 , 明 确提出 了第三代深冲用钢板的发展方向 。 关 键 词 : 超低碳钢 , 无间隙 原子钢 , 热镀锌钢板 , 烤 漆硬化钢板 P r o g r e s s o f I n t e r s i t i a l 一 f r e e S t e e l f o r E x t r a 一 d e e P D r a w i n g 砰 a r: 9 X i a n j i n ’ C u i D e l i ’ T a n g D i ` A B ST RA C T : T h e P a p e r i n t r o d u e e s t h e p r o g r e s s o f s n t e r s i t i a l 一 f r e e s t e e l f o r e x t r a 一 d e e p d r a w i n g ( I F s t e e l ) 。 I t s d e v e l o p i n g t r e n d a n d t e e h n o l o g y o f p r o d u e - t i o n , i t s d e v e l o p i n g p r o s p e e t a r e a l s o d i s e u s s e d . K E Y W O RD S : s u p e r l o w e a r b o n s t e e l , i n t e r s i t i a l f r e e s t e e l 继沸腾钢 、 铝静钢之后 , 无 间隙原子钢 (I F 钢 ) 为代表的 超低碳钢 是第三代 冲压用 钢 。 三代深冲性钢的性能比 较见表 1 。 1 9 9 。年世界I F 钢产量已超过70 0万t 。 I F 钢迅速发展的关 键在于 这 种 钢 成 本 降 低 和 用 途广泛 。 其成本降低的 原因是采取 了下 列7条技术措施 。 ( 1) I F钢 中 C 、 N 大幅度降低 , 大大 减少iT 、 N b的加入量 ; (2 ) 冶炼技术的进步 , 特别是底吹 转炉和 改 进R H处理 , 大 大缩短 了 R H 处理时 间; ( 3) 特别 对于 iT 处理 IF 钢 , 热轧采用 低温加 热降低能 耗; ( 4) 采 用 低 温 卷 取 , 从而避免高温卷取带来 的酸洗效率和成材率下降; ( 5) 由于 IF 钢具有非时 效 性 , 所 以 1 9 9 1 一 0吕一 1 2 收稿 , 压力加工系 ( D e P t . o f M e t a l o F o r 皿 i n g ) 1 4 4 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1992. 02. 006

表1三代深冲压钢性能比较 Tablel Comparison of properties for three IF steels 制 种 MPa a % 沸酶钢 100~190 290~310 40-48 1.0×1.2 -0.22 铝镇静钢 160~180 290-300 41-50 1.11,8 ~0.28 1F钢 100150 250~300 4555 1.82.8 0.23~0.28 连续退火中可以省去过时效处理，(6)采用连续热镀锌线，可以生产廉价的深冲镀锌板； (T)对于汽车用的难冲件，用IF钢来生产比用铝镇静钢成品率高。 由于IF钢所具有的非时效性和深冲性，以IF钢为基础业已开发出众多超低碳钢系列产 品，从而打破了以前F钢只用于少数难冲件的格局，超低碳钢系列几乎可以满足汽车用钢板 所提出的各种性能要求，如深冲性、防腐性、BH性。 1IF钢的治金学 新型IF钢的成分范围见图1。大致范围是C≤0.005%；N≤0.003%；Ti=0.005%；与 铝镇静钢相比，IF钢的成分特点是： (1)超低碳对深冲钢研究所得的一个重要结论是，固溶碳严重损害”值。（见图 2)c1)。这是由于随固溶碳的增加(3~50ppm),再结晶织构中{111}组份急剧减少。IF钢 生产中通过真空脱气使碳、氨尽量降低，其结果对r值有利，并减少T1、Nb合金元素的消 耗。 Conventional ·IF steel 2.5 unowe quawaTa anTeA-. 2.0 6u16t1 New IF steel X(ats):1 1.5 C(at) 1.0L 0 1020304050 Carbon content/ppm 0.0020.0040.0060.008 C content,贴 图1新型IF钢成分范围 图2超低碳钢中C含量与：值的关系 Fig.1 Composition of new IF stcel Fig.2 Relationship between C content and r value 145

表 1 三代 深冲压 俐性 能 比较 T a b l e l C o m p a r i s o n o f p r o p e r t i e s f o r t五r e e IF s t e e l s 最奋 : _口 ` M P 吕 沸 腾 钢 铝镇静 钢 I F 钢 1 0 0~ 1 9 0 2 3 0~ 3 10 4 0~ 4 8 1 。 0~ l 一 2 ~ 0 。 2 2 16 0~ 18 0 2 9 0~ 3 00 4 4~ 5 0 1 。 4~ 1 。 a ~ 0 。 2 8 1 0 0~ 15 0 2 5 0~ 3 0 0 4 5~ 5 5 2 3~ 0 。 2 8 连续退 火中可以省去过时效处理 , (6 ) 采用连续热镀锌线 , 可 以生 产廉 价的 深 冲 镀 锌 板 ; ( 7) 对于 汽车用 的难冲件 , 用 I F 钢来生 产比 用铝镇静钢成 品率高 。 由于I F 钢所具有的非时效性和深冲性 , 以 lF 钢 为 基础 业已开发 出众多超低碳钢 系 列 产 品 , 从而打破了 以前 I F 钢只 用于 少数难冲件的格局 , 超低碳钢系列几 乎可以满 足汽车 用钢板 所提出的 各种性能要求 , 如深冲性 、 防腐性 、 B H性 。 I F 钢的冶金学 新型 I F 钢 的成分范围见图 1 。 大致范 围 是 C ( 0 。 0 5 % ; N ( 0 . 0 03 % ; iT 二 0 。 0 5 % , 与 铝镇静钢相比 , I F 钢的 成分 特点是 : (l ) 超 低碳 对深冲钢研究所得的 一个重要结论是 , 固 溶 碳 严 重 损 害 r 值 。 ( 见 图 2 ) 〔 ” 。 这是由于随固 溶碳的增加 ( 3 一 s o p p m ) , 再结晶织构 中丈2 1 1 } 组份急剧减少 。 I F钢 生 产中通过真空脱气使碳 、 氮尽量降低 , 其结果对了值有利 , 并减少 iT 、 N b合金 元素 的 消 耗 。 、 次 O ’ 娇 山n 召任口Uno 叫护三山。山u 二长l口臼门夕Ul / X ( a t %) C ( a t 监 ) 八 { ! { } 阅i O ` . ~ ~ 卜{ . ~ l l产州巨, _ { } { { { 叫口二韶言T 习ó山夕口QTJ ì泪 C a r b o n c o n t e n t / ` p p 。 ` 0 。 0 0 2 0 。 0 0 4 0 。 0 0 6 0 。 0 0 8 C e o n t e n t , % 图 l 新型 I F 钢成分 范围 F 19 . 1 c o m P o s i t i o n o f n e w I F s t e e l 图2 超 低碳钢中C 含量 与 , 值的关系 F 19 . 2 R e l a t i o n s h i P b e t w e e n e e o n t e n t a n d r v a l u e 1 4 5

(2)微合金化工业生产的超低碳钢(C=10~50ppm)若不经过Ti、Nb微合金化处理， 其？值不高。因此，微合金化处理是为了消除固溶体中的间隙原子(C、N),得到洁净的 铁素体基体。 按加入微合金元素不同，工业生产IF钢可分为：Ti-IF、Nb-JF、Nb+Ti-IFc2)。 Ti-IF钢中，Ti在净化C之前先与N、S结合，所以T的最少加入量为： Ti≥3.42N+1.5S+4C 为了区别总钛量(Ti),与C结合的Ti量称为有效钛量：Ti·t?=Ti-3.42N-1.5S,剩 余的钛量Tix°=Ti-3.42N-1.5S-4C。 T-IF钢的特点是性能稳定，即其力学性能对成分和工艺参数的变化不敏感；平面各向 异性（△r、△E:)大；镀层抗粉化能力较差。 Nb-IF钢中，C与Nb结合形成NbC、N与Al结合形成AlN、S与Mn结合形成MS。该钢 的特点是，△r、AE,平面各向异性较小；但不及Ti-IF钢镀层的抗粉化能力好，力学性能对 工艺参数变化比较敏感，采取高温卷取带来板卷头尾性能较差。 Nb+Ti-IF钢兼有上述两种钢的优点。其特点是其力学性能比Nb-IF钢好，且对工艺 不敏感、整卷性能均匀；镀层具有良好的抗粉化能力。这种钢适用于作超深冲钢、高强钢、 BH钢及热镀锌钢。 (3)钢质纯净IF钢中C、N被尽量降低，其他杂质元素（如S、O等）也要控制在尽可 能低的水平，故钢质纯净。P、Si、Mn都是强化铁素体基体的元素，在生产高强IF钢中应适 当添加，然而对超深冲IF钢来说，这些元素都不宜高。 2轧制过程 2.1热轧 IF钢在热轧过程中要发生下列物理变化：(1)第二相粒子的固溶和析出；(2)奥氏体的 形变和再结晶，(3)y/a相变；(4)铁素体的形变和再结晶（当在a区终轧时）。热轧板的 微观组织和析出物的形态对IF钢的最终性能有很大的影响。热轧得到细小均匀的铁素体组织 和粗大的析出物(TN、NbC等)有利于r值和塑性；细小弥散的析出物阻碍再结晶和晶粒 长大，对r值不利。当成分不变时，热轧板的组织和析出物形貌取决于下列热轧参数。 2,1.1板坯加热温度(SRT) 在板坯加热过程中要发生第二相溶解。碳氮化合物的溶解（或析出）与温度及钢中C、 N、Ti、Nb、A的含量有关，它由溶解度来控制。 研究表明，NbC和AN的完全溶解温度分别为1000℃和1250℃，而Ti(CN)析出物在 1250℃的IF钢中具有比1000℃时更细小的弥散。所以，特别对1F钢，低温加热时未溶解的 碳氯化合物会变得粗大。这就说明了低温加热对「有利（图3）。有文献表明，随钢中Nb、 Ti含量增加，板坯加热温度对”值影响减小。 2.1,2终轧温度 许多研究均发现rs3,终轧温度对Ti-IF钢r值影响很小。面对Nb-IF钢的r值有明显影 啊4)，并随终轧温度下降，值有明显提高，特别当NbC值比较低时更为显著。这是因为， 146

微 合金 化 工 业生 产的超低碳( 钢 ( ) C 2 0 ~ 1 = 3 p p 若不 经过 i T O ) m 、 微 合金化处理 N b , 其 r 值不高 。 因此 , 微合金化处理是为了消 除固溶 体中的 间隙 原子 ( C 、 N ) , 得到洁 净 的 铁素体基体 。 按加 入微合金元素不同 , 工业 生产 I F 钢 可分为 : iT 一 I F 、 N b 一 J F 、 N b + iT 一 I F 〔 “ ’ 。 T i 一 I F 钢 中 , T i 在净化 C之 前先与 N 、 S结合 , 所 以 iT 的 最 少加入量为 : T s ) 3 。 4 2 N + 1 。 5 5 + 4 C 为 了区别总钦量 ( iT ) , 与 C结合的iT 量称 为有 效 钦 量 : iT ’ ` 了二 iT 一 3 。 42 N 一 1 . 5 5 ; 剩 余的 钦量 T i ’ x “ = T i 一 s . 4 2 N 一 i 。 5 5 一 4 C 。 iT 一 IF 钢的 特点 是性能稳定 , 即其力 学性能对 成分和工艺参数 的变 化不敏 感 ; 平面各 向 异性 (△ , 、 △ E : ) 大 ; 镀层抗粉 化能力较差 。 N b 一 I F钢 中 , C 与N b结 合形成反b C 、 N 与A l结合形成A IN 、 S与 M n 结合 形成 M n S 。 该钢 的特点是 , △; 、 J E ; 平面各向异性较小 ; 但不及 iT 一 IF 钢镀层的抗粉化能力好 , 力 学性能 对 工艺参数变 化比 较敏 感 , 采取高温卷取带来板卷头尾性能较差 。 N b 十 iT 一 IF 钢兼有上述 两种 钢的优点 。 、 其特点是其力学性能 比 N b 一 IF 钢好 , 且对 工 艺 不 敏感 、 整卷性能均匀 ; 镀层 具有良好的抗粉化能力 。 这种钢适用 于作超深冲钢 、 高强钢 、 B H 钢及热镀锌钢 。 (3 ) 钢质纯净 I F 钢中C 、 N 被尽量降低 , 其他杂 质元素 ( 如S 、 O 等) 也要控制在尽可 能低的水平 , 故钢质纯净 。 P 、 iS 、 M n都是强 化铁素体基体的元素 , 在生 产高强 IF 钢中应适 当添加 , 然而 对超深冲 I F 钢来说 , 这些 元素都不宜高 。 2 轧 制 过 程 2 。 1 热 轧 IF 钢在热 轧过程 中要发生下 列 物理变 化 : ( l) 第二相 粒 子的 固溶和析 出 ; ( 2) 奥氏体的 形变和再结晶 , ( 3) 夕 a/ 相 变 ; ( 4) 铁素体的形变 和再结晶 ( 当在 a 区终轧时 ) 。 热 轧 板 的 微观组织和析出物 的形态对 I F钢的 最终性能 有很大 的影响 。 热轧得到 细小 均匀的铁素体组 织 和粗大的析 出物 ( IT N 、 N b C 等) 有利 于 , 值和塑性 ; 细小弥 散的析出 物阻碍再结晶和晶 粒 长大 , 对 ; 值 不利 。 当 成分 不变时 , 热轧 板的组织和析出 物形貌取决于 下 列热轧参数 。 2 。 1 。 1板坯加 热温度 (S R T ) 在板坯加 热过 程中要发生第二相 溶解 。 碳氮化 合 物的溶解 ( 或析 出 ) 与 温度及钢 中C 、 N 、 T i 、 N b 、 A I的 含量有关 , 它 由溶解度来控制 。 研究 表 明 , N b C和A NI 的 完全溶解温度分别 为 1 0 0 0 ℃ 和 1 2 5 0 ℃ , 而 iT ( C N ) 析 出 物 在 1 2 5 0 ℃ 的 I F 钢 中具有比 1 0 0 0 ℃ 时更 细小 的弥散 。 所 以 , 特别对 I F 钢 , 低温加热 时未溶 解 的 碳氮化合物会变得 粗大 。 这就说明 了低温加热对 r 有利 ( 图 3 ) 。 有 文献表明 , 随钢中N b 、 T i含量增加 , 板坯加 热温 度对 r 值影响减小 。 2 。 l 。 2 终轧 温度 许多研究均 发现 〔 “ 〕 , 终轧温度对 iT 一 IF 钢 r值影响很小 。 而对 N b 一 IF 钢的 r 值 有 明 显 影 响 〔 ` 〕 , 并随终轧 温度下 降 , : 值有 明显 提高 , 特别当 N b / C 值比 较低时 更为显著 。 这是因为 , 1 4 6

2.4 ●D.D02C-0.01Db SI=650'℃ B00 2.2 00.002℃-0.0326T1 (Ti*=0.006%) 750 2.0 CT:720℃ 700 1.8L 1000 1100 1200 50 Slab-reheating temperature/C Nh Nb-Ti 图3板坏加热温度对Ti-IF钢和Nb-IF钢板 图4卷取温度(CT)对Ti、Nb+Ti、Nb钢 机城性能的影响 再结品温的影响 Fig.3 Effect of slab-reheating tempe- Fig.4 Effect of coiling temperature rature on propeties of Ti-IF steel Nb-IF on recrystallizing temperature of Ti, stecl Ti+Nb,Nb-IF steeel 对Nb/C比较低的钢，低温终轧易发生形变诱导析出并使析出物粗化和使铁素体晶粒细化的 缘故。 终轧温度对Ti-Nb-IF钢r值的影啊比对Ti-IF钢要显著c)。在835~920℃间，随终轧 温度上升，r值增加并在~900℃处有一峰值。 事实上，在IF钢的工业生产中一般都选用终轧温度T00℃）将产生更多的氧 化铁皮使酸洗效率下降，并且由于冷速不均匀使板卷的头尾性能较差。 2,2冷轧 对IF钢，从图5看出，随冷轧压下率增加r值单调增加，直至压下率高达90%。在实际 生产中，为了获得高的”值普遍采用≥70%的冷轧压下率。 2.3退火 在退火过程要完成铁素体再结晶、晶粒长大和发展再结晶织构等3个步骤，所以退火直 接决定钢板的深冲性能。〔4) 冷轧IF钢板可以采用连续热镀锌、连续退火、罩式退火3种途径实现上述再结晶步骤。 研究表明，经过连续退火或连续热镀锌生产的IF钢表面质量更好，性能更均匀且更经济。 图6表明，IF钢，”值随退火温度升高而增加。事实上，退火温度下保温时间的影响只 有在退火温度稍大于再结晶温度时才显著，而在充分再结晶均热时间的影响很小。 F钢退火后经过平整，增加了屈服强度，降低了加工硬化指数。 147

OC ODBD仙7507 ! 尸\ . 出已三 uo 叫口脚匕T泊闪门沐ó口。 厂一可一 二 6, 0 犷 C c溉杯 。nT卜。A 5 1 a b 一 r e h e a t i n 口 t o m p o r a t u r e / OC … … 1 汉匕 N匕一 T 工 图 3 板坯加热 温度对 T i 一 IF 钢和 N b 一 I F钢板 机城性能的影响 F 19 . 3 E f f e e t o f s l a b 一 r e h e a t i n g t e m P e - r a t u r e o n P r o P e t i e s o f T i 一 I F s t e e l N b 一 I F 5 t e e l 图 4 卷取温度 ( C T ) 对 T i 、 N b + T i 、 N b钢 再结晶温的影响 F 19 . 4 E f f e e t o f c o i l i n g t e m P e r a t u r e o n r e e r y s t a l l i z i n g t e m P e r a t u r e o r T i , T i + N b , N b 一 I F s t e e e l 对 N b / C 比 较低的钢 , 低温终轧 易发 生形变诱导析出 并使析出物粗化和使铁素体 晶粒 细 化 的 缘故 。 终轧 温度对 iT 一 N b 一 IF 钢下值的 影响比 对 iT 一 IF 钢 要显著 〔 5 , 。 在8 3 5 一 92 0 ℃ 间 , 随终轧 温度上升 , : 值增加并在 一 g 0 oC 处有一峰值 。 事实上 , 在 IF 钢 的工业生 产中一般都选用终轧温度 7 0 ℃ ) 将 产生 更 多 的 氧 化铁皮使酸洗效率下降 , 并且 由于冷速 不均匀 使板卷 的头 尾性能较差 。 2 。 2 冷轧 对 I F钢 , 从图5看出 , 随冷轧 压下率增 加 r 值单调增加 , 直至压下率高达 90 % 。 在实际 生产中 , 为 了获得高的 r 值普遍采用 ) 70 % 的 冷轧 压下率 。 2 。 3 退 火 在退 火过程要完成铁素体再结 晶 、 晶粒长大 和 发展再结 晶织构等3个步骤 , 所以退 火 直 接决定钢板的 深冲 性能 。 ` 4 〕 冷轧 I F 钢板可 以采用连续热镀锌 、 连续退火 、 罩式退 火 3 种途 径实现 上述再结晶步骤 。 研究表 明 , 经过连续退火或连 续热镀锌生产的 IF 钢表面质量更好 , 性能更均匀 且更经济 。 图 6表 明 , I F 钢 , 几直随退火 温度升高而增加 。 事实上 , 退火温度下保温时间的 影响只 有 在退 火温度稍大于再结晶温度时才显 著 , 而 在充分再结 晶均热时间的 影响很 小 。 iF 钢退 火后经过平 整 , 增加 了屈 服 强度 , 降低了加工硬 化指 数 。 1 47

1.8Nb-steel uI0:IlML CT:685℃ 1.6 b Ti-Nb 1.4 1.9i+Nb-steel 22 20 MT CT:710℃ 1.7 18 6 63店M 1.5 1 2.0Ti-Steel CT:710℃ 607080906070809060708090 1.8h FA Cold reduction, 1.6L 750 800 850 Annealing temperature/C 图5冷轧压下率对IF钢：值的影响 图6连续退火温度对超低碳IF钢，值的影响 Fig.5 Effect of cold rolling reduction on Fig.6 Effect of continuous annealing r value of IF steel temperature on r value of IF steel 3超低碳钢系列的新进展 3.1冷轧超深冲1F钢板 这种钢板是最先开发出的超低碳钢品种，也是超低碳钢家族的核心。 3,2深冲热镀锌F钢板 利用IF钢的非时效性，可以在连续镀锌线上的森吉米尔炉内完成IF钢的再结晶退火， 从而以极简单的工艺生产出廉价的深冲镀锌板。 现有连续热镀锌线，因炉长短，炉温不足，为了实现充分地退火，可以从两个方面考 虑：①降低材料的再结晶温度；②提高炉温、降低机组操作速度。后者的调劳是有限的， 且受机组效率制约。所以应从如何降低IF钢的再结晶温度去考虑。IF钢的成分、热轧工艺、 冷轧工艺对IF钢的再结晶温度都有影响。研究发现，Ti-IF钢的再结晶温度比Nb-IF钢的要 低约50℃，而Nb+Ti-IF钢的居中（图4）。提高热轧卷取温度使再结晶温度下降（图4）， 增加冷轧压下率使再结晶温度下降。随过剩钛(T·*©)增加再结晶温度升高。 另外抗粉化能力是镀锌板的重要问题。所谓粉化是指在冲压成形过程中镀层发生破损、 粉碎。研究发现，Ti-IF钢的抗粉化能力较差，而Nb+Ti一IF钢和Nb-IF钢的抗粉化能力 强，因此，Nb+Ti-IF钢作为热镀锌用钢是适宜的。 3,3高强1F钢板 使用高强钢板有利于减轻汽车自重、节能。既要求钢板具有高的强度又要求有良好的成 形性，超低碳高强IF钢正能满足这种要求。该钢的合金设计思想是：通过Ti（或Nb)处理 148

C丁: 6 8, N b 一 s t e e l 丁i 一 Nb 1 。 合 1 。 9 i + Nb 一 s t e e l 。习 T少l ó 厂 …厂 …厂 C T: 7 10 1 。 5 2 。 0 Ti 一 S t e e l 忆12D18,t 山n门泌T从· 6 0 7 0 8 0 9 0 6 0 7 0 8 0 9 0 C o l d r e d u 。 七i o n 一匕~ ~ ` 一 J~ ~ J- 6 0 7 0 8 0 9 0 O I , 门 c “ ’ 1。 初卿哑画 图 5 冷轧压下 率对 I F 钢 , 值的影响 F 1 9 . 5 E f f e e t o f e o l d r o l l i n g r e d u e t i o n o n 7 v a l u e o f I F s t e e l 1 。 6 L ot 一习匕一 一一一J 一一一一- ~ 7 5 0 8 0 0 8 5 0 An n e a l i n q t e o lp e r o t u r e / 弋 图 6 连续退火温度对超低碳 I F钢 , 值的影 响 F 19 . 6 E f f e e t o f e o n t i n u o u s a n n e a l i n g t e m p e r a t u r e o n ! v a l u e o f I F s t e e l 3 超低碳钢系列 的新进展 3 . 1 冷轧超深 冲lF 钥板 这种钢 板是最先开发 出的超低碳钢 品种 , 也是超低碳钢家 族的核心 。 3 。 2 深 冲热镀锌 lF 钥板 利 用 I F 钢的非时效性 , 可以在连续镀锌 线上的森吉米 尔炉内 完成 IF 钢的再结 晶 退 火 , 从而以极简单的工艺生 产出廉 价的深冲镀锌 板 。 现有连续热镀锌线 , 因炉长短 , 炉温不 足 , 为了 实现充分地退火 , 可 以从两个 方 面 考 虑 : ①降 低材料的再结 晶温度 ; ② 提高炉 温 、 降低机组操作速度 。 后者的调节是 有 限 的 , 且 受机组效率制 约 。 所以应 从如何降低IF 钢的 再结晶温度去 考虑 。 IF 钢 的 成分 、 热轧工艺 、 冷轧工艺对 IF 钢的再结晶温度都有影响 。 研究发现 , iT 一 IF 钢的再结晶温度比 N b 一 1F 钢的要 低约50 ℃ , 而 N b + iT 一 IF 钢 的居中 ( 图4) 。 提高热 轧卷取温度使再结晶温度 下 降 ( 图 4) , 增加 冷轧压下率使再结晶 温度下 降 。 随过剩钦 ( iT ’ 义 。 ) 增加 再结晶温 度升高 。 另外抗粉 化能力是镀锌板 的重要问题 。 所谓粉化是指在冲压 成形过程中镀层发生破损 、 粉碎 。 研究发现 , iT 一 I F 钢 的 抗粉化能 力 较差 , 而 N b + iT 一 I F 钢和 N b 一 I F 钢的抗粉 化能力 强 , 因此 , N b 十 T i 一 I F钢作为 热镀锌用 钢是适 宜 的 。 3 . 3 高强 lF 钢板 使用 高强钢板有 利于减轻汽车 自重 、 节能 。 既要求钢板具有高 的强度又要求有良好的成 形性 , 超低碳高强 I F 钢正能 满足 这种要求 。 该钢的 合 金设计思想是 : 通过 iT ( 或N b) 处 理 1 4 8

固定钢中的间隙原子以保证成形性；同时适当添加P、Si、M元素通过固溶强化保证强度。 研究表明：随(Si+Mn+10P)增加，强度增加，塑性下降，并且近似于线性变化；对于同样 的强度增量，M使r值下降最多而P使r值下降最少，Si则居中。一般选用廉份的P作为强化 元素。含P较高的超低碳钢，在却加工后（如深冲后）有发生脆断的倾向，即所谓冷加工脆 性(5)。这被认为是，当碳含量极低时P易在晶界偏析使品界脆化。有两种方法可以抑制冷 加工脆性：①加入适量的B5)，②设法使钢中存在有少量固溶C。B抑制P在晶界偏析。微 量B可以使转变温度大大降低：5)。研究报道6)极少量的固溶C(1ppm)使可以减少P在晶界 的偏析。在连续退火时采用高的退火温度和快的冷速可以使碳化物分解从而得到少量固溶 C,尤其含Nb钢的NbC的分解温度较低。 3.4高强热镀锌F钢板 高热镀锌IF钢板，是以高强IF钢板作基进行连续热镀锌，它把防腐性、成形性和高强 度集于一体，所以是一种理想的汽车用钢板。研究认为用Nb+Ti+P+B作为高强热镀锌IF 钢具有更多优点，该钢在具有较高强度和成形性的同时具有低的转变温度。因为该钢中N与 T形成TN,所以大部分B存在于固溶体中阻止P的偏析；而在Nb-IF钢中，B与N形成BN, 所以须加更多的B。 3,5超低碳BH钢板 所谓BH性，指冲压成型后的零件在烤漆过程中(~170℃×30min),由于自由C、N原子 钉扎形变诱发的位错而使屈服强度提高的现象。钢中存在极少量的固深C就会产生明显的烤 漆硬化效果7)。 BH钢的治金原理是：采用Nb来合金化，Nb(at%)/C(at%)≈1，添加P以保证高强度。 热轧采用大压下量和高速轧制、高温卷取以促进碳氮化合物析出；冷轧后在连续退火中， 再结晶完成前C以碳化物的形式被固定，所以可得到强的{111}织构；退火温度继续升高 (>830℃)NbC分解产生自由C原子，然后快速冷却使钢中保留一定量的固溶C,从而得到 BH性和抗二次加工脆性。这样便得到了高强度（含P)、深冲性（强{111}织构）和BH性 (固深C)。 根据上述原理，再结晶完成后必须使碳化物溶解。Ti极易与N和S结合，实际生产中不 易控制合适的Ti/C比，所以含Nb钢用于实际生产。当Nb/C<0.5时，由于过多的固溶C损 害了{111}织构的发展，不能得到超深冲性；当Nb/C<1.5时，NbC的分解温度提高到接近 Aca,在Aca以上退火111}织构急剧下降。所以控制适当的Nb/C比是关键，一般Nb/C =0.7~1.2时效果较好。 3,6超低碳热轧深冲钢板 热轧深冲板使用在要求较厚规格（如<3.2mm)板的地方。但是，一般铝镇静钢热轧 板其r<1.0,成形性不好。最近几年，用超低碳钢在α区轧制来提高热轧板的成形性，并取 得了长足进展8~)。 要想得到高的r值，必须发展{111}织构，这对热轧板也不例外。对超低碳钢，如果加入 充分的T1和Nb,则铁素体的动态再结晶被延迟或阻止。当热轧温度降到铁素体未再结晶区 149

固定钢 中的 间隙原子 以保证 成形性 ; 同时适 当添 加P 、 5 1 、 M 。 元素通过固溶强化保证强度 。 研究表明 : 随( 5 1+ M n + 1 0P ) 增加 , 强 度增加 , 塑性下降 , 并且近似于线性 变 化; 对于 同样 的强度增量 , M n 懂谴下降最多而 P使 丁植 下降最少 , S ,则 居 中 。 一般选用廉 价的 P作为强 化 元素 。 含 P较高的超低碳钢 , 在却加 工后 ( 如 深冲后 ) 有 发生脆 断的 倾向 , 即所谓 冷加 工 脆 性 〔 5 ’ 。 这被认为是 , 当碳 含量极低时 P易 在晶界偏 析使晶界脆化 。 有两 种方法可 以 抑 制 冷 加 工脆性 : ①加人适量的 B 〔 5 ’ , ②设法 使钢中存 在有少 量固溶 C 。 B 一 抑制 P 在晶界偏析 。 微 量 B可 以使转变温度大大降低 〔 5 ’ 。 研究报道 ` “ ” 极少量的 固溶 (C IP p m ) 便可 以减少P 二在 晶 界 的偏析 。 在连续退火时采用 高的 退火温度和快 的冷 速可以使碳 化物分解从而 得 到 少 量 固 溶 C , 尤其含 N b钢的 N b C 的分解温 度较低 。 3 。 4 高强热镀锌 lF 钢板 高热镀锌 I F钢板 , 是以 高强 I F 钢板作基进行连续热镀锌 , 它把 防 腐性 、 成形 性 和 高 强 度集于一体 , 所以是 一种理想 的汽车用钢板 。 研究认 为用 N b + iT + P 十 B作为高强热镀 锌 IF 钢具有更多优点 , 该钢在具有较 高强度和成形性的 同时具有低的转 变温度 。 因为该钢中 N 与 T i 形成 IT N , 所以大部分 B 存 在于 固溶 体 中阻止 P 的偏析 ; 而 在N b 一 I F 钢中 , B 与 N 形成B N , 所以须加更多的 B 。 3 。 S 超低碳 B H钢板 所谓B H性 , 指冲压成型后的零件在烤漆过 程 中 ( 一 1 70 ℃ 、 3 o m i n ) , 由于 自由C 、 N原子 钉 扎形变诱发的位错而使屈服强度提高的 现象 。 钢中存 在极少 量的 固深C就 会产生明显 的 烤 漆硬 化效果 〔 ? ’ 。 B H钢的冶 金原理是 : 采用 N b 来合金 化 , N b ( a t % ) / (C a t % ) 、 1 , 添加 P 以保证高强度 。 热轧采用 大压下量和高速轧 制 、 高温卷取 以促进碳氮化合物析出 ; 冷轧 后在连续 退 火 中 , 再结晶完成前 C 以碳 化物的形式被固定 , 所以可得到 强 的 { 1 1 1 } 织构 ; 退 火 温 度 继 续 升 高 ( > ” 0 ℃ ) N b C 分解产生 自由 C 原 子 , 然后快速冷却使钢 中保 留一 定量的 固溶 C , 从而 得到 B H 性和抗二次加工脆 性 。 这样便得到 了高强度 ( 含 )P 、 深 冲 性 ( 强谧1 1 1} 织构) 和 B H 性 ( 固深 C ) 。 根据上述原理 , 再结晶 完成后必须使碳 化物溶解 。 iT 极易与 N 和 S 结 合 , 实际生 产中不 易控制合适 的 iT / C 比 , 所以含N b钢用于实际生产 。 当N b / C < o 。 5时 , 由于过 多的 固溶 C 损 害了 谧1 1 1} 织构的发展 , 不能得到超深 冲性 ; 当 N b / C < 1 . 5时 , N b C 的分 解温度提高 到接近 A c : , 在 A 。 。 以上退火 哎1 1 1} 织构急 剧下降 。 所以控制 适 当的 N b / C 比是关键 , 一般 N b / C 二 。 . 7 ~ 1 . 2时效果较好 。 3 . 6 超低碳热 轧深 冲钢板 热轧深 冲板使用 在要求较厚规格 ( 如 < 3 . 2 m m ) 板 的地方 。 但是 , 一 般铝 镇静 钢 热 轧 板其 : < 1 . 0 , 成形 性不好 。 最近几 年 , 用 超低碳钢在a 区轧 制来提高热轧板的成形性 , 并 取 得了长足进展 〔 ” 一 。 〕 。 要想得到高的 r 值 , 必须发展 { 1 1 1} 织 构 , 这对热轧 板也不例外 。 对超低碳 钢 , 如果加入 充分 的iT 和N b , 则铁素体的动态再结晶被延迟 或阻 止 。 当热轧温度降到铁 素体未再结 晶 区 1 4 9

时，如果累积足够的变形，并在适当的温度下退火使形变铁素体发生再结品，那么，这样的 “热轧+退火”钢板的织构有可能与冷轧一退火板的织构相同，即有较强的111}织构，从 而得到高的r值。 研究认为1·)：①热轧时必须有良好的润滑条件，T值随润滑条件的改善而提高，②在 超低碳钢中加入T、Nb使再结晶温度提高，此时在铁素体非再结晶区控轧变得容易，在这 种情况下得到轧制织构与冷轧板的织构相似，且热轧温度对再结晶织构影响很小，③决定”值 和再结晶织构最重要的冶金因素是热轧过程中固溶C含量。如果通过加Ti、Nb和采用适当的 热轧条件使固溶C量为零，则可获得r值=2.0，这种钢织构主要取向与冷轧IF钢相似，为 {554}(225)。 由此得出：如果在良好的润滑和无固溶C下，在铁素体非再结晶区轧制，热轧退火钢板 同样可以得到与冷轧板一样高的值。 值得注意的是：在区轧制的关键是润滑条件。在无润滑时，钢板表面产生严重的剪切 区，便得钢板从表面层到中心的织构相差很大且使不利织构增加。所以为了得到热轧板 高·值，必须在热轧时有充分润滑。 4结束语 本文详细论述了超低碳钢的发展历史和研究进展。超低碳钢是目前深冲性能最好、级别 最高的冲压用钢，是新一代汽车用钢。目前，世界超低碳钢产量迅速增长、应用大大拓宽。 超低碳钢是深冲钢的发展方向。 参考文献 1 Atsuki Okamotto,et al,Proc,of 6th Int,Conf,on Texture of Materi- als,1989;739 2 Yoshiduni Tokunafa,et al,ISIJ,1987,(2):341 3 Gupta I,et al,in Hot and Cold Rolled Sheet Steel:R Pradhan and G Lutovosky,TMS-AIME,1988:139 4 Hashimoto O,et al.Proc,of Int,Conf.on Advances in Physical Meta- llurgy and Application of Steel,Metal Society of Grent Britain,1981: 21~24 5 Takahashi N,et al,in Proc.Conf.on Metallurgy of Continuous-Anne- aled Sheet Steel,AIME,1982;133~153 6 Nobuo Ohashi,et al,in Proc.of the 6th Int.Conf.on Texture of Ma- terials,Paper 6(1)-2,195~208 7 Nakaka K,et al,in Formable HSLA and Dual-Phase Steel,ed AIME. New York:1979:126~141 8 Hideo Abe Kawasaki.Steel Tech,Report No.22,1990:48~56 9 Pradhan R.in Proc.Conf.Held at the TMS-AIME Fall Meeting,1984: 17~18 10 Pradham R.in Proc,Conf.Held at the 1989 Fall Meeting.Indiana. 1989,81 150

时 , 如果累积足够的变形 , 并在适当 的温度下退火使形变铁素体发生再结晶 , 那么 , 这 样的 “ 热轧 十 退火 ” 钢板 的织 构有可能与冷轧 一 退火板的织 构相 同 , 即有较强的 谧1 1 1} 织 构 , 从 而得到高的 r 值 。 研究认为 “ 。 ’ : ①热轧时必须有 良好的润滑条件 , 破随润滑条件的 改善 而 提 高 , ②在 超低碳钢 中加 人iT 、 N b使再结晶温度提高 , 此时在铁素体非再结晶区控轧变得 容 易 , 在 这 种情况下得到 轧制织 构与 冷轧板的织 构相似 , 且热 轧温度对再结晶织构影响很小 , ③决定 r 值 和再结晶织构最重要的冶金因素是热轧过程 中固溶 C含量 。 如果通过加 iT 、 N b和采用适当的 热轧 条件使 固溶 C 量为零 , 则可获百子值 * 2 . 0 , 这 种钢织构主要取向与冷轧 IF 钢 相似 , 为 ( 5 5 4 } ( 2 2 5 ) 。 由此得出 : 如果 在良好的润 滑和 无固溶 C 下 , 在铁素体非再结晶区轧制 , 热轧退 火钢板 同样可 以得到 与冷轧板一样高的 , 值 。 值得注意 的是 : 在a 区轧制 的关键是润滑条件 。 在无润滑时 , 钢板表面产生严重的剪 切 区 , 便得钢板 从表 面层到中心 的织 构相 差很大且使不利织构增加 。 所以 为 了 得 到 热 轧 板 高 r 值 , 必须在热轧时有充分润滑 。 4 结 束 语 本文详 细论述了超低碳钢的发展历史和研究进展 。 超低碳钢是目前深冲性能最好 、 级别 最高的冲压用 钢 , 是新一代汽车用钢 。 目前 , 世界超低碳钢产量迅速增长 、 应用 大大拓宽 。 超低碳钢是深 冲钢的 发展 方向 。 参 考 文 献 1 A t s u k i o k a m o t t o , e t a l 。 P r o c . o f 6 t h l n t 。 C o n f 。 o n T e x t盯e o f M a t e r i - a 1 5 5 1 9 8 9 ; 7 3 9 2 Y o s h i d u n i T o k u n a f a , e t a l . I S I J , 1 9 8 7 , ( 2 ) : 3 4 1 3 G u P t a l , e t a l 。 i n H o t a n d C o l d R o ll e d s h e e t S t e e l : R P r a d h a n a n d G L u t o v o s k y , T M S 一 A I M E , 1 9 8 8 : 1 3 9 4 H a s h i m o t o O , e t a l . P r o e . o f I n t . C o n f . o n A d v a n e e s i n P h y s i e a l M e t a - 1l u r g y a n d A p p li e a t i o n o f S t e e l . M e t a l S o e i e t y o f G r e n t B r i t a i n , 1 9 8 1 : 2 1 ~ 2 4 5 T a k a h a s h i N , e t a l 。 i n P r o e 。 C o n f 。 o n M e t a ll u r g y o f C o n t i n u o u s 一 A n n e - a l e d S h e e t S t e e l , A I M E , 1 9 8 2 ; 1 3 3 ~ 1 5 3 6 N o b u o o h a s h i . e t a l 。 i n P r o e 。 o f t h e 6 t h l n t . C o n f 。 o n T e x t u r e o f M a - t e r i a l s , P a p e r 6 ( l ) 一 2 , 1 9 5 ~ 2 0 8 7 N a k a k a K , e t a l 。 i n F o r m a b l e H S L A a n d D u a l 一 P h a s e s t e e l , e d A I M E - N e w Y o r k : 1 9 7 9 : 1 2 6 ~ 1 4 1 8 H i d e o A b e K a w a s a k i 。 S t e e l T e e 五 . R e p o r t N o 。 2 2 , 1 9 9 0 : 4 8 ~ 5 6 9 P r a d h a n R 。 i n P r o e . C o n f . H e l d a t t h e T M S 一 A I M E F a l l M e e t i n g , 1 9 8 4 : 1 7 ~ 1 8 1 0 P r a d h a m R 。 i n P r o e 。 C o n f . H e l d a t t h e 1 9 8 9 F a l l M e e t i n g . I n d i a n a . 1 9 8 9 , 8 1 1 5 0