《北京科技大学学报》：具有极高r值的ELC一BH钢板的新工艺

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1997.02.006 ,第19卷第2期 北京科技大学学报 Vol.19 No.2 1997年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1997 具有极高r值的ELC一BH钢板的新工艺 关小军)王先进)胡小军2)邬秋林2) 1)北京科技大学材料科学与1.程学院，北京1000832)首钢治金研究院，北京100085 摘要提出一个生产具有极高r的超低碳高强度烘烤硬化钢板（简称ELC-BH钢板）的新工艺，即 热轧→卷取·组织预处埋+冷乳退火（快冷）工艺.实验表明，与传统工艺相比，采用新工艺研 制的ELC-BH钢板不仪强度和烘烤硬化性未受到损害，而且r值提高到2.67， 关键词超低碳钢，塑性应变比，高强度，烘烤硬化 中图分类号TG113.12,TG11.7 80年代以来，实现减重、节能、美观、舒适和耐用的综合指标已成为轿车制造业的发展方 向，以无间隙原子钢(1F钢)为代表的第3代汽车用冲压薄板一超低碳钢板系列产品的开发则 顺应了汽车工业的发展需求，其中两种高强度的产品一ELC-BH钢板和高强IF钢板更受青 睐，2,3.但是，由于在这2种钢板中加磷产生强化的同时却降低了它们的平均塑性应变比r 值，使得深冲性劣于F钢.由于其强度级别进一步提高受到限制，因而难以满足轿车发展的 更高需求.怎样解决这一强化与深冲性之间的矛盾，成为拓宽超低碳高强钢板应用范围的关 键.为此，提出了一个在不降低强度和烘烤硬化性的前提下获得极高值的新工艺. 1实验材料和方法 1.1实验材料 实验选用的材料为1炉N+Ti处理的ELC-BH钢，它的化学成分（质量分数，%）： C-0.0021,N-0.0039,Si-0.026,Mn-0.24,P-0.098,S-0.008,A1-0.011,Nb-0.041,Ti-0.024.RE 微量. 实验钢经50kg真空感应炉熔炼后锻成60mm厚的热轧坏料，再重新加热至1150℃保 温1h后，热轧至7.7mm的热轧板，热轧终轧温度为910℃，卷取温度为750℃. 热轧板分别通过传统L艺和新1艺处理，成为厚度相同(0.8mm)的2种ELC-BH试验 板.传统工艺和新工艺的比较见图1. 由图可见，新工艺在热轧卷取1艺和传流艺：热轧→卷取→一冷轧→退火（快冷） 冷轧「艺之间增设了·个织构预处 理过程.为了便于对比，实验中2种新1艺：热轧卷取→织构预处理冷轧→退火（快冷） 艺所对应的工艺参数完全相同，即冷 图！2种工艺过程的比较 1996-01-22收 第作者号42岁副研究员博1

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 川 『 、 、 具有极高下值 的 关 小 军 ’ 王 先进 ’ 一 钢板 的新 工 艺 胡小 军 邹秋林 北 京科 技 大学 材 料 科学 与 工 程学 院 ， 北 京 首钢 冶 金研 究 院 ， 北 京 川 摘要 提 出一 个 生 产 具 有极 高 万的 超 低碳 高强 度 烘 烤硬 化钢板 简称 一 钢板 的新 工 艺 ， 即 热 轧 、 卷取 。 组织 预 处理 、 冷轧 。 退 火 快冷 工 艺 实验 表 明 ， 与传 统 工 艺相 比 ， 采 用 新 工 艺研 制 的 一 钢 板 不 仅强 度 和烘 烤硬 化性 未受 到 损害 ， 而 且 值提 高到 关键词 超 低碳 钢 ， 塑性 应 变 比 ， 高强 度 ， 烘烤硬 化 中图分类号 ， 年代 以 来 ， 实 现 减 重 、 节能 、 美观 、 舒 适 和 耐用 的综 合指 标 已 成 为 轿 车 制造 业 的 发展 方 向 ， 以 无 间隙 原子 钢 钢 为代 表 的第 代 汽 车用冲 压薄板一超 低 碳 钢 板 系列 产 品 的 开 发则 顺 应 了汽 车 工 业 的 发展需 求 ， 其 中两种 高强 度 的 产 品 一 一 钢 板 和 高强 钢 板 更受 青 睐， ， 但 是 ， 由于 在 这 种钢 板 中加 磷 产 生 强 化 的 同时 却 降低 了 它 们 的 平 均 塑 性 应 变 比 值 ， 使 得 深 冲性 劣 于 钢 由于 其强 度 级 别进 一 步提 高受 到 限 制 ， 因而 难 以 满 足 轿 车 发展 的 更 高需 求 怎 样 解 决 这 一 强 化 与 深冲性 之 间 的 矛 盾 ， 成 为拓 宽超 低 碳 高 强 钢 板 应 用 范 围 的 关 键 为此 ， 提 出 了一个 在不 降低 强 度 和烘烤 硬 化性 的前提 下 获得 极 高 下值 的新 工 艺 实验材料和方法 实验 材料 实 验 选 用 的 材 料 为 炉 处 理 的 一 钢 ， 它 的 化 学 成 分 质 量 分 数 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一一 ， 一 ， 一 ， 、 一 ， ， 一 ， 微量 实验 钢 经 真空感 应 炉熔炼 后 锻 成 厚 的热 轧坯 料 ， 再 重 新 加热 至 ℃ 保 温 后 ， 热 轧 至 ，、 ，， 孚的 热 轧 板 ， 热 轧 终 轧温 度 为 ， 卷 取 温 度 为 热 轧 板 分 别通 过 传 统 卜艺 和 新 一 艺处 理 ， 成 为 厚 度 相 同 的 种 一 试验 板 传 统 工 艺 和 新 一 艺的 比较 见 图 由 图 可 见 ， 新 工 艺在 热 轧 卷 取 卜 艺 和 传统 艺 热轧 ， 卷取 一 冷轧 ， 退 火 快冷 冷 轧 「艺之 间 增 设 一 个织 构 预 处 理 过 程 为 ’ 便 于 对 比 ， 实 验 「 了 种 新 艺 热轧争 卷取 ， 织 构 预处理 ， 冷轧， 退 火 快 冷 艺 所 对应 的 艺参 数 完 全 相 同 · 即 冷 图 种工艺过程 的 比较 一 卜 收 稿 第 作 若 男 岁 副研 究 员 博 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1997．02．006

·148· 北京科技大学学报 1997年第2期 轧压下率为89.6%，退火均热温度为910℃，均热时间为120s,快速冷却， 1.2实验方法 力学性能（屈服强度0，拉伸强度0。，延伸率o,屈强比0，o,)、成形性能（平均塑性应变 比r,平均加工硬化指数n,平面各向异性参数4r)和烘烤硬化性能（常温时效指数A,烘烤硬 化值BH)的测试均在MTS材料试验机上进行.力学性能和烘烤硬化性能的试样为横向截取， 成形性能的试样分别沿轧向、横向和45。方向截取.试样的加工以及力学性能和成形性能的 测试分别按照GB307682、GB502785和GB502885进行.烘烤硬化性能的测试系用专门的单 向拉伸试验进行，其中Al为7.5%预应变所对应的流变应力与经100℃，30min烘烤后再次 拉伸时屈服应力的差值，BH为3%预应变所对应的流变应力与经170℃，20min烘烤后再次 拉伸时屈服应力的差值， 金相组织观察样品直接从退火后的试验板上截取，样品观察面为平行轧向的侧面，腐蚀 液为4%的硝酸酒精. 织构测试是在Rigaku--3014型X射线衍射仪上进行，Mo-K靶，管电压为40kV,电流为 35A.考虑到沿板厚各层截面上织构分布不同，只测定距表面1/4厚度的截面上的织构.织 构样品从退火板上截取，尺寸为25mm×20mm,采用化学减薄至70μm.具体测试方法是采 用透射和反射法相结合，测定(110)和(200)两张完整极图. 2实验结果和讨论 2.1性能比较 表1给出了2种工艺所得到的试验板的性能 表1新工艺和传统工艺处理的试验板性能 工艺 Os/MPa Ob/MPa 0s/0 010 n Ar Al/MPa BH/MPa 传统工艺 200.0 355.0 0.565 45.0 1.920 0.231 0.246 22.6 29.0 新工艺 198.0345.0 0.574 40.0 2.6700.222 0.901 23.0 328 由图可见，新工艺下获得的试验板的：值比传统工艺有明显地提高，增加幅度达39%， 同时，新工艺下获得的试验板的BH值也略有提高，延伸率σ，稍有降低，其他性能变化不大 新工艺所得到的r值高达2.67，乃是以往关于加磷高强冲压薄板的文献中未曾见过的.因此 说，新工艺在基本上不损害传统工艺具有的其他主要性能的前提下使ELC-BH板的深冲性大 幅度提高，为拓宽这些高强冲压薄板的应用范围创造了条件. 2.2组织与织构比较 图2为2种工艺处理的退火板的金相组织比较.由图可见，它们的组织都是均匀、等轴状 的铁素体，并且晶粒大小基本相同.这种组织的相同性，反映出2种退火板除？值外其他主要 性能基本相同. 图3和图4分别展示了2种工艺处理的退火织构的(110)和(200)极图.可以看出，新工艺 所得到的退火织构与传统工艺相比具有更为强烈发展的{11}面织构.经新工艺处理后(1)

· · 北 京 科 技 大 学 ‘ 学 报 年 第 期 轧压 下 率 为 ， 退 火 均 热 温 度 为 ℃ ， 均 热 时 间为 ， 快 速冷 却 实验方 法 力 学 性 能 屈 服 强 度 ， 拉 伸 强 度 ， 延 伸率 、‘ ， 屈 强 比 久 卜 、 成 形性 能 平 均 塑性 应 变 比 下 ， 平 均 加 工 硬 化指 数 万 ， 平 面 各 向异性 参数 和 烘烤硬 化性 能 常温 时效指数 ， 烘烤硬 化值 的测 试 均 在 材料 试验 机 上 进 行 力学性 能 和烘烤 硬 化性 能 的试样 为横 向截取 ， 成形性 能 的 试样 分别沿 轧 向 、 横 向和 “ 方 向截取 试样 的加 工 以 及 力学性 能和 成形性 能的 测 一 试分 别 按 照 、 和 进 行 烘 烤硬 化性 能 的测 试系用 专 门的单 向拉 伸 试 验 进 行 ， 其 中 为 预 应 变 所 对应 的 流 变 应 力 与 经 ℃ ， 烘烤 后 再次 拉伸 时屈 服 应 力 的差 值 ， 为 预 应 变 所 对应 的流 变应 力 与 经 ℃ ， 烘烤后再次 拉 伸 时屈 服 应 力 的差 值 金 相 组 织 观 察样 品 直 接 从退 火 后 的 试验 板 上 截取 ， 样 品观 察 面 为平 行 轧 向的侧 面 ， 腐蚀 液 为 的硝 酸酒 精 织 构测 试是 在 凡 一 型 射 线衍 射仪上 进 行 ， 一 靶 ， 管 电压 为 ， 电流为 考 虑 到 沿 板 厚 各 层 截 面 上 织 构分 布 不 同 ， 只 测 定距 表 面 厚 度 的截 面 上 的织 构 织 构 样 品从退 火 板 上 截取 ， 尺 寸 为 ， 采 用化 学 减 薄 至 协 具 体测 试方法 是 采 用透 射 和 反 射法 相 结 合 ， 测 定 和 两 张完 整极 图 实验结果和讨论 性能 比较 表 给 出了 种 工 艺所得 到 的 试验板 的性 能 表 新工艺和传统工 艺处理 的试验板性能 ， 一 万 曰 工 艺 盆 ， 传统工 艺 新 工 艺 ‘ 夕 ， 由 图可 见 ， 新 工 艺 下 获 得 的 试验 板 的 值 比传 统 工 艺 有 明显 地 提 高 ， 增 加 幅度 达 同时 ， 新 工 艺 下 获 得 的 试验 板 的 值 也 略有 提 高 · 延 伸 率 稍有 降低 ， 其他性 能 变 化 不 大 · 新 工 艺 所 得 到 的 值 高 达 ， 乃 是 以 往 关 于 加 磷 高强 冲 压 薄 板 的 文 献 中未 曾见 过 的 因此 说 ， 新 工 艺 在 基 本 上 不 损 害 传统工 艺具 有 的其他 主要 性 能 的 前提 下 使 一 板 的深 冲性 大 幅度 提 高 ， 为 拓 宽这 些 高强 冲压 薄板 的应 用 范 围创造 了条 件 组 织 与织 构 比较 图 为 种 工 艺处理 的退 火板 的金 相 组织 比较 由图可 见 ， 它 们 的组 织 都是 均 匀 、 等轴状 的铁 素体 ， 并 且 晶粒 大 小 基 本 相 同 这 种 组 织 的 相 同性 ， 反 映 出 种 退 火 板 除不值 外 其 他 主要 性 能 基 本 相 同 图 和 图 分 别 展 示 了 种工 艺处理 的退 火织 构 的 和 极 图 可 以 看 出 ， 新 工 艺 所 得 到 的退 火织 构 与传 统 工 艺相 比具 有 更 为强 烈 发展 的 扒 面 织 构 经新 工 艺处理 后

Vol.19 No.2 关小军等：具有极高F值的ELC-BH钢板的新二艺 ·149· 面织构所对应的强极密度区已儿乎形成一个环绕圆心一周的区域，且最强的极密度值所对应 的晶粒取向为(111)[10.相比之下，由图3可见.传统工艺得到的退火织构中，对应(11)面 织构的强极密度区仅仅是面积很小的几个孤立的小区域，且最强的极密度值所对应的品体学 取向为(554)[22.这2种工艺所对应的退火织构的强烈反差决定了退火r值的极大差别. 围2新工艺和传统工艺处理的ELC-BH版调火组织 (a)传统工艺处理 (b)新工艺处理 R.D R.D (a) (a) 110 R.D (b) (b) [200 [2001 图3传统工艺处理的退火织构极 图新工艺处理的退火织构极图 (a)(110)极图(6)(200极图554225 (X110)极图(b200)极图o41111[1i0 2.3讨论 ?值的大小上要与品粒的样优取向（织构）有关，即与薄板的加工工艺有关.薄板中晶体

·150· 北京科技大学学报 1997年第2期 学取向平行于板面法向ND的晶粒数量愈多，则{I1I)面织构愈强；晶体学取向 平行于ND的晶粒数量愈少，{100}面织构愈弱，则F值愈高.同理，有利织构{111}与不利织 构{I00}强度比愈大，r值愈高，新工艺处理的退火板获得的高T值实质上是它促进了111} 退火织构强烈发展的缘故， ELC-BH板的热轧、冷轧和退火织构之间具有遗传性，退火过程中织构的演变规律受到 {111}织构优先形成和继续发展机制的控制.因此，新工艺导致的I11}退火织构的强烈发 展显然与织构预处理过程所引起的冷轧织构的变化以及在随后退火过程中的演变是分不开 的 3结论 提出了一种在不降低强度和烘烤硬化性的前提下大幅度提高值的新工艺，该工艺合理 地解决了加磷的高强冲压薄板中所存在的强化与深冲性之间的矛盾.用它研制的ELC-BH 板的r值高达2.67，这是迄今关于加磷的高强度冲压薄板的文献报导中最高的r值. 参考文献 1王先进，崔德理，唐荻.钢铁，1990,25(6)：61 2王先进，关小车.国外钢铁，1993，(6)：41 3 Katoh H.In:Int Symp on Technology of Continuously Annealed Cold-Rold Sheet Steel,Michiga.USA, 1984.37 4关小军，成分和工艺对超低碳高强度烘烤硬化钢板组织和性能影响的研究：[博士学位论文].北京：北京 科技大学，1993 5王先进，王作成，朱学刚，等.钢铁，1993.28(3)：34 6关小军，王先进.北京科技大学学报，1993,156)：580 New Process of Producing ELC-BH Sheet Steel with Very High r-value Guan Xiuojun)Wang Xiunjin Hu Xiaojun Wu Qiulin 1)Material Science and Engineering Shool,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)Shougang Metallurgical Rescarch Institute,Beijing 100085.China ABSTRACT A new process by which an extra low-carbon and high strength bake-hard-ing with very high r-value can be produced is presented.The sheet produced by the process shows the same strength and bake-hardenability as that by conventional technology,but its r-value increases of 2.67. KEY WORDS extra-low carbon stcels,plastic strain ratio,high strength,bake-hardening

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 学取 向 卜 平行 于 板 面 法 向 的晶粒 数 量 愈 多 ， 则 扫川 面 织 构愈 强 晶体学取 向 平 行 于 的 晶 粒 数 量 愈 少 ， 面 织 构 愈 弱 ， 则 下值 愈 高 同理 ， 有 利 织 构 与 不 利 织 构 强 度 比愈 大 ， 不值 愈 高 新 工 艺处 理 的退 火 板 获得 的 高下值 实 质 上 是 它 促 进 了 退 火 织 构强 烈 发展 的缘 故 一 板 的 热 轧 、 冷 轧 和 退 火 织 构 之 间具 有 遗 传性 ， 退 火过 程 中织 构 的演 变规律受到 织 构 优 先 形 成 和 继 续 发 展 机 制 的控 制 因此 ， 新 工 艺 导致 的 扒 退 火织 构 的强 烈 发 展 显 然 与织 构 预处理 过 程 所 引起 的冷 轧织 构 的变 化 以 及 在 随后 退 火 过 程 中的演变是 分不 开 的 结论 提 出 了一 种 在 不 降低 强 度 和 烘烤 硬 化性 的前 提 下 大 幅度 提 高 值 的新 工 艺 ， 该工 艺 合理 地 解 决 了 加 磷 的 高 强 冲 压 薄板 中所 存 在 的 强 化 与深 冲性 之 间 的 矛 盾 用 它研 制 的 一 板 的 值高 达 ， 这是 迄 今 关于 加磷 的高强 度冲压 薄板 的文献报 导 中最 高的 值 参 考 文 献 一 王 先进 ， 崔德理 ， 唐荻 钢铁 ， 一 ， 王 先进 ， 关小军 国外钢 铁 ， ， 引 一 ， ， 关 小 军 成分 和 工 艺 对超低 碳 高强 度 烘烤 硬 化 钢板 组织 和 性 能影 响 的研 究 博 士 学位 论 文 北 京 北 京 科技 大学 ， 王 先进 ， 王 作成 ， 朱学 刚 ， 等 钢铁 ， ， 关小军 ， 王 先进 北 京科技 大学学 报 ， 一 ， 一 一 一 ‘， ’ 可 ’ 瀚 ， ， ’ 枷 沈 一 一 ‘ ， ， 瀚 ‘， ， ， 卫邝一 ‘ ， 通 ， 且 一 一 一 一 一 ， 一 一 ， ， ， 一