退火工艺和稀土元素对SPCC冷轧板再结晶过程及织构的影响

来源:内蒙古科技大学材料与冶金学院作者:郭瑞华

研究了退火工艺和添加微量稀土元素对SPCC冷轧低碳钢板再结晶过程及织构的影响。结果表明,提高加热温度加快了SPCC冷轧板再结晶过程,促进晶粒长大;稀土元素的加入阻碍了再结晶过程,抑制了晶粒长大,明显提高了稀土SPCC冷轧板有利于深冲性能的{111}<011>织构、{111}<112>织构和{001}<100>立方织构的强度。

SPCC(steelplatecoldcommon)冷轧薄钢板被广泛用于家用电器、汽车、门业等制造业以及用作热镀锌基板等,在我国冷轧产品中所占的比重较大,市场需求量也较大。但在CSP(compactstripproduction)供冷轧用SPCC板进行冷轧生产时,存在屈服强度偏高、伸长率

低、冲压性能不好等问题。为了很好地解决这些问题,需要对SPCC冷轧板退火过程中组织演变规律及织构的演变情况进行研究。同时,钢中加入稀土,可以变质夹杂物、细化晶粒、改善晶界,提高钢的塑性和韧性。因此本文通过在CSP供冷轧用SPCC板中添加稀土元素,研究退火工艺及稀土元素对SPCC冷轧板组织及织构的影响,为降低SPCC冷轧板屈服比、硬度,进一步改善SPCC冷轧板的组织和提高其深冲性能提供理论依据。

1、试验材料和方法

1.1、试验材料

试验材料为包钢CSP工艺热轧供料的SPCC低碳钢冷轧板,主要化学成分如表1所示。稀土SPCC冷轧板中稀土(35%La+65%Ce)含量约0.010%~0.015%。包钢CSP热轧SPCC板的开轧温度为1120℃,终轧温度为880℃,卷取温度570℃,热轧后SPCC板厚为5mm。在实验室进行冷轧,冷轧板厚度为1.5mm,冷轧压下率为70%。

表1 试验用SPCC板的化学成分(质量分数,%)

试验用SPCC板的化学成分

1.2、试验方法

对不加稀土SPCC冷轧板进行退火处理。①加热到680℃分别保温45、110、135、225、270和450s后空冷;②加热到725℃分别保温30、90、150、190和210s后空冷,观察显微组织并利用XRD检测织构。对加稀土SPCC冷轧板在680℃下分别保温45、110、135、225、270和450s后空冷的进行退火处理,观察其显微组织并利用XRD检测织构。

2、试验结果与分析

2.1、退火工艺和稀土元素对SPCC冷轧板再结晶过程的影响

图1是不加稀土SPCC冷轧板经不同工艺退火处理后的显微组织照片。不加稀土SPCC冷轧板680℃退火为再结晶退火,再结晶退火的目的是消除轧制过程中产生的加工硬化,回复其塑性变形的能力。从图1中可以看出,SPCC冷轧板680℃保温110s再结晶过程已经开始,保温270s后基本完成,随后继续延长保温时间时晶粒进一步长大。对于具有一定变形量的亚共析钢,可用不完全退火工艺代替传统的球化退火工艺,获得球状珠光体组织,以消除内应力,降低硬度,从而改善切削加工性能。将加热温度提高到725℃进行不完全退火时,保温90s就已生成大量再结晶晶粒,150s后再结晶过程基本完成,继续延长保温时间晶粒将快速长大。再结晶的形核与长大属热激活过程,退火温度越高原子扩散越容易,形核率和长大速度都越大,再结晶过程加速。再结晶退火可以消除形变强化和残余应力,但并不能改善钢的组织结构,软化效果一般,对于降低SPCC冷轧板的屈服强度,提高深冲性能作用一般。而SPCC冷轧板725℃不完全退火可以得到粒状珠光体组织,对于降低SPCC冷轧板屈服比及硬度,进一步改善SPCC冷轧板的组织及提高深冲性能更加有利,但是也会因为得到的晶粒较为粗大,而影响SPCC板的使用性能。因此,在SPCC冷轧板中加入微量稀土元素,希望通过其对晶界的钉扎作用来细化晶粒,并提高SPCC冷轧板再结晶温度,在退火处理时采用原退火温度而变为不完全退火,因而可采用较高的退火温度,最终能更好地提高其深冲性能,同时保证晶粒不会过分长大。

不加稀土SPCC冷轧板不同退火处理后的显微组织

图1 不加稀土SPCC冷轧板不同退火处理后的显微组织

3、结论

1)加热温度对再结晶过程的影响较大,提高加热温度可以明显加快SPCC冷轧板的再结晶过程,使晶粒更快长大。不完全退火可以改善SPCC冷轧板的组织,得到粒状珠光体,降低硬度,同时可以消除内应力,因此可以更好的地改善切削加工性能,更有利于提高深冲板的深冲性能。

2)稀土元素的加入延迟了SPCC冷轧板再结晶过程,提高了其再结晶温度,同时由于稀土元素对晶界的钉扎作用,阻碍了晶粒的长大,使晶粒得到细化。

3)稀土元素对退火过程中织构类型的演变过程并无影响,但会提高{001}<100>立方织构、有利织构{111}<011>织构及{111}<112>织构的强度,因此更有利于提高SPCC冷轧板的深冲性能。