退火温度对Nb-Ti深冲双相钢板组织与性能的影响

来源:北京科技大学冶金工程研究院作者:陈京京

利用CCT-AY-Ⅱ型钢板连续退火试验机模拟研究了退火过程中退火温度为840、860、880和900℃时,Nb-Ti系低碳深冲双相钢板组织与性能的变化规律。结果表明,随着退火温度的升高,铁素体晶粒尺寸略有增大,均匀程度增加,同时伸长率、屈服强度、r值呈先上升后下降趋势,在880℃时出现峰值;{111}织构占有率逐渐增加,{111}/{100}值渐增,880℃退火时{111}<110>织构取向分布函数值达到最大,但{111}<110>与{111}<112>取向密度差值也较大。

随着汽车工业的发展,对汽车用冷轧深冲钢板的质量也提出了越来越高的要求。双相钢作为一种先进高强钢,具有强度高、屈强比低、初始加工硬化速率高、良好的烘烤硬化特性以及强度和延性匹配好等特点,在汽车制造领域得到了广泛应用。然而其深冲性能较差,塑性应变比r值一般小于1.0,难以满足对冲压性能要求较高的汽车覆盖件的生产。对于冷轧深冲钢板,r值与晶粒的择优取向有关,即与最终产品内部的{111}织构取向密度有关,{111}织构取向密度越大,r值就越高,成形性能就越好。

近年来冷轧双相钢主要是通过连续退火线生产的,连续退火工艺参数,特别是温度控制,对深冲钢中的铁素体晶粒度、马氏体的体积分数、有利织构强度、屈服强度及硬度等均有重要影响,一些学者做了相关研究。本文针对一种低碳Nb-Ti深冲双相钢冷轧汽车板进行了连续退火试验,研究不同退火温度对试验双相钢组织和性能的影响。

1、试验材料及方法

试验钢采用50kg真空感应炉冶炼成铸锭。其化学成分(质量分数,%)为0.024C、0.35Si、1.78Mn、0.072Nb、0.016Ti、0.046P、0.009S、0.018Al、0.0045N,余量Fe。将铸锭锻造成规格为70mm×100mm×40mm的钢坯,并将钢坯再加热至1200℃保温2h,使Nb、Ti等元素充分固溶。热轧工艺为1150℃开轧,900℃终轧,层流水冷至650℃,热轧后放入保温炉保温2h后随炉冷却模拟卷取。冷轧工艺为以75%的压下率轧制成1.2mm厚的冷轧板。

将冷轧钢板切成70mm×220mm的试样,在CCT-AY-Ⅱ型钢板连续退火试验机上模拟连续退火。根据经验公式计算得静态相变点温度Ac1为780℃,Ac3为920℃。为保证退火后获得铁素体和马氏体双相组织,制定退火温度在奥氏体和铁素体两相区范围内,分别为840、860、880、900℃。连续退火工艺路线如图1所示。

模拟连续退火工艺曲线

图1 模拟连续退火工艺曲线

按照GB/T228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》标准在退火板上沿轧向切取标距为50mm的力学拉伸试样,在CMT510.5拉伸试验机上进行力学性能测试,有效标距为50mm×12.5mm,拉伸速度为2mm/min,同时测试其在拉伸方向产生15%应变时的r值。采用线切割方法从试验钢板上切取显微组织试样,经研磨、抛光后在4%的硝酸酒精溶液和Lepera试剂中侵蚀,用ZEISSAX10光学显微镜与ZEISSSUPRA55型场发射扫描电镜观察显微结构,同时运用Image-ProPlus软件统计铁素体基体的平均晶粒尺寸及马氏体的体积分数。分别切取24mm×14mm的织构试样,在各试样1/4层面上采集{110}、{200}和{112}三张不完整极图,采用系统附带的ODF织构分析软件绘制ODF截面图。

3、结论

1)试验双相钢板在840~900℃之间连续退火时,随着退火温度的升高,铁素体晶粒尺寸略有增大,均匀程度增加;伸长率、屈服强度、r值呈先上升后下降趋势,其中880℃时达峰值。退火温度的变化对钢板的抗拉强度没有明显影响。

2)随退火温度的升高,试验钢板中{111}织构逐渐得到充分发展,{111}/{100}值和r值也逐渐增大。880℃退火时,{111}<110>织构取向分布函数值达到最大的10.2,但{111}<110>与{111}<112>取向密度差值也较大。

3)880℃退火处理后的钢板综合力学性能最佳:抗拉强度为485MPa,伸长率达28%,r值达1.3,具有较好的深冲能力。