热镀锌连续退火工艺对高强IF钢组织和性能的影响

胡宽辉，田德新，冯冠文，段小平，严 龙

（武汉钢铁集团公司研究院，武汉430080）

热镀锌连续退火工艺对高强IF钢组织和性能的影响

胡宽辉，田德新，冯冠文，段小平，严 龙

（武汉钢铁集团公司研究院，武汉430080）

研究了热镀锌连续退火工艺对高强IF钢性能、组织及第二相粒子析出的影响。利用EU AV型热浸镀工艺模拟实验机对热镀锌高强IF钢进行了不同连续退火温度以及在同一温度下分别保温不同时间的连续退火工艺模拟实验。用万能试验机、光学显微镜、透射电子显微镜对样品的性能、组织和第二相粒子进行了检测分析。结果表明：热镀锌连续退火工艺直接影响产品的力学性能、微观组织和第二相粒子的析出，并得出了退火工艺对产品性能、组织和第二相粒子的影响规律。

高强IF钢；连续退火；组织；第二相粒子

20世纪90年代以来，随着冶金技术的进步和汽车工业的发展，我国开始对超低碳钢系列产品进行研究，作为第三代深冲钢的IF钢（即无间隙原子钢）得到迅速的开发和应用［1－3］。与此同时，为了实现汽车的减重或提高安全性以及耐蚀性，开发了热镀锌高强IF钢，其主要强化方法是析出强化加固溶强化，主要添加元素有Ti，Nb及P，Mn，Si，Cu等［4－6］。在热镀锌高强IF钢薄板的生产中，连续退火是一个关键的生产工序，直接影响最终产品的性能和组织。为确定合理的退火工艺，首先必须了解各工艺参数对热镀锌高强IF钢性能和组织的影响规律。因此本工作着重开展了退火温度和保温时间对热镀锌高强IF钢性能和组织的影响规律研究，从而为连续退火工艺的制定提供理论依据和数据支撑。

1 实验材料与方法

1．1 实验材料

实验用钢板厚度为1．0mm，化学成分（质量分数／%）为：C 0．002，Si 0．080，Mn 0．29，P 0．029，S＜0．010，Als 0．030，N 0．003，Ti，Nb和V中一种或几种，但总量小于0．22。

1．2 连续退火实验

取工业生产热镀锌高强IF钢冷轧后的试样，剪切成70mm×220mm，实验在EU AV型热浸镀工艺模拟试验机上进行。具体模拟连续退火工艺制度为：将试样分别加热到760～840℃，每隔20℃设置一个温度点，进行不同保温温度的实验；另外，将试样加热到810℃后分别保温30，35，45，53，67，90s，进行不同保温时间的实验。

1．3 力学性能检测及组织观察

GALDABINI SUN10材料万能试验机上检测退火后钢板的力学性能。退火后的钢板先进行金相观察，然后制备萃取复型电镜样品，在JEM2100F型透射电镜上观察第二相粒子的形态、大小及分布，并用INCA能谱仪对析出相进行成分分析。

2 实验结果

2．1 力学性能

图1是试样的力学性能随连续退火温度的变化曲线。由图1可以看出，随着退火温度的升高，试样的屈服强度和抗拉强度均呈下降趋势。在760～800℃的低温情况下，试样的屈服强度下降较慢，当温度升高到800℃以上时，屈服强度下降较快，但当温度达到840℃以上时，试样的屈服强度又有所升高。退火温度从760℃升高到820℃时，试样的抗拉强度迅速下降，当温度继续升高，抗拉强度保持稳定。从图1（c）和（d）可以看出，试样的延伸率和r值均随退火温度的升高而迅速升高。图2是试样的力学性能随保温时间的变化曲线，由图中可以看出，在不同的保温时间下，试样的力学性能变化不大。

2．2 金相组织

图3是试样在五个不同的连续退火温度下的光学显微照片。由图3可以看出，在所选择的五种退火温度下，再结晶过程都已完成，试样的组织均为铁素体。由图3（a）和（b）的照片可以看出，在760℃和780℃，可以观察到很多细小的非等轴晶粒，且晶粒尺寸大小不一。随着退火温度的升高，试样的晶粒逐渐变大，晶粒也逐渐等轴化。

图3 不同连续退火温度下试样的金相组织（a）760℃；（b）780℃；（c）800℃；（d）820℃；（e）840℃Fig．3 Microstructures of the different continuous annealing temperature（a）760℃；（b）780℃；（c）800℃；（d）820℃；（e）840℃

2．3 第二相粒子

图4是试样在不同连续退火温度下的透射电镜照片。由图4可以看出，在透射电镜下观察，在不同连续退火温度下，各试样的析出相数量多，类型基本相同，形态多为不规则形，分布较均匀。但是第二相粒子的大小却有所不同，当温度从760℃升高到800℃时，第二相粒子的尺寸有所增大。当温度继续升高到820℃和840℃时，随着退火温度升高，第二相粒子的尺寸明显减小，且呈均匀弥散分布。

图4 不同连续退火温度下试样的透射电镜照片 （a）760℃；（b）800℃；（c）820℃；（d）840℃Fig．4 TEM photos of the different continuous annealing temperature （a）760℃；（b）800℃；（c）820℃；（d）840℃

3 分析讨论

3．1 强度与晶粒尺寸、第二相粒子的关系

由图1（a）屈服强度随连续退火温度的变化曲线可以看出，当连续退火温度从760℃升高到800℃时，试样的屈服强度变化不大，呈缓慢下降趋势；但当温度从800℃升高到820℃时，屈服强度显著降低；当温度升高到840℃时，屈服强度又有所升高。出现此种现象的主要原因是由于在较低的温度下，试样的再结晶虽已完成，但晶粒并未长大，存在很多细小的非等轴晶粒，且晶粒尺寸大小不一，因此，此时试样的屈服强度较高。当温度继续升高以后，晶粒逐渐长大，晶粒也逐渐等轴化，故试样的屈服强度显著降低。另外，从图4（d）可以看出，当退火温度达到840℃的较高温度时，此时试样的第二相粒子尺寸最小，且呈均匀弥散分布，这就是在840℃退火后试样的屈服强度有所升高的原因，因为第二相粒子尺寸较小，对位错的钉扎效果较强，从而阻碍了位错的运动，故屈服强度有所升高；同时，第二相粒子的尺寸越小，分布越弥散，将抑制晶粒的进一步长大，起到了细化晶粒的作用，从而也造成屈服强度的升高。

由图1（b）可以看出，随着退火温度的升高，试样的抗拉强度明显降低，但当温度升高到820℃和840℃的高温时，抗拉强度趋于稳定。出现这一现象的原因是在较低的连续退火温度（760，780℃）下，试样虽然完成了再结晶，但是晶粒并未长大，在光学显微镜下可以观察到很多细小的非等轴晶粒，且晶粒大小不一，因此，试样的抗拉强度较高。随着退火温度的升高，晶粒逐渐长大，并趋向等轴化，因此，抗拉强度逐渐降低。但随着退火温度升高，由图4可以看出，第二相粒子的尺寸越来越小，分布越弥散，将抑制晶粒的进一步长大，因此，当退火温度升高到820℃以上时，试样的抗拉强度趋向稳定。

3．2 延伸率、r值与连续退火温度的关系

连续退火工艺对高强IF钢的深冲性能有重要影响，只有退火充分才能发挥高强IF钢优异的深冲性能［7，8］。由图1（c）可以看出，随着退火温度的升高，试样的延伸率总体上呈明显的上升趋势。在退火温度从低温760℃升高到810℃时，延伸率上升较快，当温度继续升高，其上升趋势变缓。这是因为延伸率主要与钢板的晶粒尺寸有关，在一定程度上，晶粒尺寸越大，钢板的延伸率也越大。在低温过程中试样的晶粒未充分长大，晶粒细小。随着退火温度升高，再结晶晶粒尺寸迅速长大，因此延伸率迅速升高。当温度升高到一定程度后，晶粒长大的趋势变缓，故延伸率增大的趋势也变缓。

r值是反映薄板承受拉力时抵抗厚度变薄的能力，它也是反映薄板成形性能的一个重要指标［9］。由图1（d）可以看出，随着退火温度的升高，试样的r值也随着升高。在退火温度（760℃）较低的时候，此时虽然已完成了回复、再结晶，但晶粒并未长大，有利织构未得到充分发展，故试样的r值只有1．75。当退火温度升高到780℃以上时，晶粒开始长大，再结晶织构得到了充分发展，所以试样的r值均达到了2．2以上，所以在较高的温度下，实验钢能获得高的r值，则钢板在成形过程中抵抗厚度减薄的能力强，实验钢的深冲性能就好［10］。

3．3 保温时间与实验钢综合力学性能的关系

保温时间是热镀锌连续退火工艺中的一个重要工艺参数［11］。由图2（a），（b）可以看出，当连续退火温度保持在810℃时，随着保温时间从30s延长到90s，试样屈服强度的最大值与最小值只相差4MPa，抗拉强度的最大值与最小值只相差10MPa，因此，从实验结果来看，保温时间对实验钢屈服强度和抗拉强度无太大影响。由图2（c）可以看出，试样的延伸率随保温时间的延长呈先略有升高，后又有所下降的趋势。可见，实验钢的热镀锌连续退火保温时间控制在40～50s之间，可获得较高的延伸率。

3．4 微观组织、第二相粒子与连续退火温度的关系

由图3可以看出，在较低的退火温度（760℃）下，试样已完成再结晶，但是晶粒未完全长大，有很多细小的非等轴晶粒，且有少量沿轧制方向被拉长的晶粒存在，晶粒尺寸大小不一。当退火温度升高到780℃以后，沿轧制方向被拉长的晶粒已经消失，但还是有很多细小的非等轴晶粒，且晶粒大小不均。当退火温度升高到800℃时，大部分晶粒已趋向等轴化，且晶粒大小也逐渐均匀，但是还存在少量细小的非等轴晶。当退火温度继续升高到更高的温度（820，840℃）后，晶粒大小均匀，且呈等轴状，这一点与王敏莉［12］的研究结果基本一致。因此，总体上来看，实验钢的微观组织随着退火温度的升高逐渐等轴化，且晶粒大小均匀，组织均为铁素体。

由图4不同连续退火温度下试样的透射电镜照片可以看出，在不同的连续退火温度下，第二相粒子析出的尺寸主要由三种组成，即约10～50nm的细小粒子、50～280nm中等大小的粒子和少量的260nm以上的粗大析出相。通过能谱仪分析发现，细小的析出相主要成分为Ti，Nb及少量Fe，但是在较低的退火温度（760，800℃）下，细小析出相中有Fe TiP相析出；而在820℃和840℃的高温下却未发现有FeTiP相析出。赵子苏等人的研究发现［13］，高强IF钢中Fe TiP相的析出主要发生在晶界处。因此，这些细小的FeTiP析出相在很大程度上阻碍了再结晶过程中晶界的迁移，导致再结晶温度的提高。同时，细小Fe TiP相的析出阻碍了退火过程中有利织构的形成，对试样r值产生不利影响［14，15］。这也是造成试样在低温下强度较高，r值较低的原因。中等大小和粗大尺寸的析出相类型基本相同。另外，随着退火温度的升高，三种不同大小的析出相尺寸均先增大后减小。出现这一现象的原因是随着温度的升高，在其他工艺条件不变的情况下，试样在退火后的冷却速度加快，第二相粒子析出更细小弥散。

4 结论

（1）实验钢的屈服强度随连续退火温度的升高呈先下降后有所升高的趋势；而抗拉强度随退火温度的升高不断降低，当退火温度升高到820℃及以上时趋于稳定。

（2）实验钢的延伸率随着退火温度从低温升高到810℃时迅速提高，当温度继续升高，延伸率增大的趋势变缓；r值随退火温度的升高呈上升趋势。

（3）保温时间对实验钢的强度影响不大，但对延伸率存在一定的影响，即保温时间控制在40～50s之间，可获得较高的延伸率。

（4）实验钢的微观组织随着退火温度的升高逐渐等轴化，且晶粒大小均匀，组织均为铁素体。退火温度影响第二相粒子的析出，在不同的退火温度下，第二相粒子的尺寸主要有细小、中等和粗大三类。随着退火温度的升高，三种不同大小的析出相尺寸均先增大后减小。中等和粗大析出相的类型基本相同，但细小析出相的类型存在差别，即在采用低温退火时细小析出相中Fe TiP相析出。

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Influence of Continuous Annealing on Microstructure and Properties High－strength IF Steel

HU Kuan－hui，TIAN De－xin，FENG Guan－wen，DUAN Xiao－ping，YAN Long
（Research and Development Center of Wuhan Iron
and Steel Group Corp，Wuhan 430080，China）

The influence of continuous annealing on the properties and microstructure and particle of second phase of high－strength IF steel was studied．The hot simulation of different temperature and different holding time continuous annealing was performed on EU AV hot dip process simulator．Universal testing machine，optical microscope and transmission electron microscope were used to examine the annealed samples．It was proved that there is a close relationship between the mechanical properties，the microstructure，the second phase’s shape．The effect of continuous annealing on the mechanical properties and the microstructure and the second phases was obtained．

high strength IF steel；continuous annealing；microstructure；the second phase

TG142．1

A

1001－4381（2012）07－0050－05

2011－04－20；

2012－04－05

胡宽辉（1978－），男，工程师，硕士，主要从事汽车用钢的研究，联系地址：武汉市青山区冶金大道26号汽车用钢研究所（430080），E－mail：hukuanhui＠126．com